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Die Erfindung betrifft eine Flammensperre, einen Gasbrenner und ein Gasheizgerät.
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Gasbrenner für Brennwertheizgeräte bestehen häufig aus gelochten Blechen, welche flach, gewölbt oder auch als Zylinder ausgeführt sein können. Ein für den Gasbrenner bereitgestelltes Verbrennungsgas bzw. Brenngasluftgemisch strömt von hinten durch die Löcher des Bleches und wird auf der Vorderseite gezündet und verbrannt.
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Je nach Zusammensetzung des Brenngases (z. B. Propan, Methan, Wasserstoff oder Gemische daraus) ergeben sich unterschiedliche Flammengeschwindigkeiten in der Verbrennung. Ist die Flammengeschwindigkeit höher als die Ausströmgeschwindigkeit des Brenngaslustgemisches aus den Löchern des Brenners, kann es zu einem sogenannten Flammenrückschlag hinein in den Gasluftgemischweg vor dem Brenner kommen. Ein solcher Flammenrückschlag kann auch entstehen, wenn die Lochblechtemperatur auf der Rückseite höher als die Zündtemperatur des verwendeten Gasluftgemisches ist.
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Bei derartigen Rückzündungen bzw. Flammenrückschlägen verbrennt dann ungewollt das Gasluftgemisch schon vor dem Brenner bzw. in dem vorgelagerten Verbrennungsgasweg. Die Folgen können ein durch die Verbrennung ausgelöster Druckstoß und/oder eine hohe thermische Belastung von Bauteilen im Verbrennungsgasweg und/oder weiterer Zuläufe sein. Zum Beispiel kann ein (Kunststoff-) Laufrad eines Gebläses in der Luftzufuhr sich thermisch verformen oder durch einen Druckstoß beschädigt werden.
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Zur Reduzierung dieser Rückzündungen bzw. Flammenrückschläge bzw. deren Folgen für das Gasheizgerät kann zwischen der Luftzufuhr und dem Brenner mindestens eine Flammensperre vorgesehen ist, die sich über einen Leitungsquerschnitt des Verbrennungsgasweges, der Luftzufuhr oder der Brenngaszufuhr erstreckt. Mit der Vorsehung einer Flammensperre in dem mit Gas betriebenen Heizgerät kann bei Auftreten eines Flammenrückschlages in dem Verbrennungsgasweg die Flamme zum Erlöschen gebracht werden, bevor eine thermische Überlastung von Bauteilen auftritt und/oder bevor der bei der Rückzündung entstehende Druckimpuls so hoch wird, dass Bauteile mechanisch überlastet werden.
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Die Flammensperre kann sich über den gesamten Strömungsquerschnitt des Verbrennungsgaswegs hinweg erstrecken, und insbesondere keinen Bypass-Strom zulassen. Die Flammensperre kann aus einem hochtemperaturfesten Material gefertigt sein, wie z.B. einem Metall, einer Keramik oder Mischungen daraus. Die Flammensperre kann in oder zwischen Gehäuseabschnitten des Verbrennungsgaswegs (dauerhaft) fixiert sein.
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Neben der mechanischen und thermischen Stabilität der Flammensperre sowie deren Funktion, eine auftreffende Flammenfront aufzuhalten bzw. sogar (zumindest teilweise) zu löschen, gibt es weitere Anforderungen. Hierzu zählt beispielsweise, dass die Flammensperre eine möglichst geringe Verschmutzungsneigung und/oder hohe Selbstreinigungseignung im Betrieb hat, denn oft werden auch Stäube über das Verbrennungsgas (bzw. die beigemischte Luft der Umgebung) mit eingetragen. Solche Verschmutzungen können zu einer nennenswerten Druckverluststeigerung führen, welche zu einem Leistungsverlust des Gasheizgeräts führen können.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lindern und insbesondere eine Flammensperre anzugeben, deren Aufbau an verschiedene Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen bei Gasbrennern bzw. Gasheizgeräten einfach, flexibel und kosteneffizient anpassbar ist. Weiter ist ein Gasheizgerät zu schaffen, bei dem mechanische und/oder thermische Belastungen aufgrund von Flammenrückschlägen vermindert oder vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird insbesondere mit einer Flammensperre gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Gasbrenner gemäß Anspruch 6, einem Gasheizgerät gemäß Anspruch 8 sowie einer Verwendung gemäß Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen angegeben Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und führen zu weiteren Ausführungsvarianten. Die Beschreibung, insbesondere mit Bezug auf die Figuren, erläutert die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
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Zur Lösung trägt eine Flammensperre für einen Verbrennungsgasweg eines Gasbrenners bei, die eingerichtet ist, eine Flamme des Gasbrenners zumindest aufzuhalten. Die Flammensperre ist mit mindestens zwei sich flächig kontaktierenden metallischen Lagen gebildet ist, wobei zumindest eine erste Lage Streckmetall umfasst.
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Die Flammensperre ist geeignet bzw. für eine konkrete Ausgestaltung des Gasbrenners eingerichtet, so dass diese insbesondere in unmittelbarer Nähe bzw. Umgebung des Gasbrenners dauerhaft positionierbar ist. Die Flammensperre ist insbesondere ein stabiles bzw. formfestes Bauteil. Die Form der Flammensperre kann an die Konfiguration des Verbrennungsgasweges eines Gasbrenners angepasst sein, z.B. in der Weise, dass diese dort integrierbar ist, ohne einen Bypass für Verbrennungsgas zu erlauben. Die Flammensperre kann einen gasdurchlässigen Abschnitt zum Durchtritt von Verbrennungsgas und einen gasundurchlässigen Abschnitt zur Befestigung an/in dem Verbrennungsgasweg bzw. zur Gasströmungsumlenkung aufweisen.
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Die Flammensperre kann insbesondere mit zwei, drei oder sogar vier metallischen Lagen gebildet sein. Bevorzugt sind alle Lagen metallisch, insbesondere hergestellt mit einem hochtemperaturfesten Metall. Die Lagen sind insbesondere mit unterschiedlichen Halbmaterialien bereitgestellt, wobei diese sich insbesondere hinsichtlich ihrer mechanischen Stabilität, Gasdurchlässigkeit und/oder Aufbau unterscheiden können. Mindestens eine der Lagen kann Metallelemente der folgenden Form aufweisen: Fasern, Drähte, Bleche bzw. Blechelemente, Sinterfolie bzw. Sinterfolienelemente.
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Die Lagen kontaktieren sich flächig, also insbesondere mit gegenüberliegenden gro-ßen Lagenoberflächen benachbarter Lagen. Mit einem solchen Kontakt wird eine großflächige Überlappung beider Lagen erreicht, wobei diese bis zu praktisch 100 % betragen kann. Es ist möglich, dass die Lagen zunächst (mit gleichen Abmessungen) zugeschnitten bzw. hergestellt und dann aufeinander überdeckend angeordnet werden. Die Lagen können eine Art Sandwich-Verbund bilden. Der Kontakt kann - insbesondere unter Berücksichtigung des Aufbaus der benachbarten Lagen - über eine Vielzahl (kleiner) Kontaktstellen und/oder eine Mehrzahl / Vielzahl (großer) Kontaktbereiche realisiert sein.
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Zumindest eine (erste) Lage der Flammensperre umfasst oder besteht sogar vollständig (nur) aus Streckmetall. Streckmetall (auch als Streckgitter bekannt) von Maschen bzw. Durchgangsöffnungen in der Oberfläche definiert, welche insbesondere durch versetzte Schnitte (keine Ausstanzungen) und einer streckenden Verformung eines Metallbands entstehen. Durch das Strecken („Kaltrecken“) erhält das Streckmetall eine hohe Festigkeit und/oder Flächenstabilität. Die Maschen bzw. Durchgangsöffnungen können insbesondere nach einer der folgenden Arten ausgebildet sein: Raute, Langsteg, Sechseck, Rundung, Quadrat. Eine Streckmetall-Lage kann eine strukturierte, eine Vielzahl von Spitzen oder Tälern aufweisende Oberfläche bilden, wobei auch möglich ist, dass diese eine im Wesentlichen glatte Oberfläche hat, wenn sie (final) flachgewalzt wurde. Mit einer Lage aus Streckmetall kann ein durchströmbarer Querschnitt im Bereich von ca. 10 % bis ca. 90 % eingestellt werden. Niedrige Werte sind dabei nicht optimal für den Druckverlust. Sehr hohe Porositäten können nachteilig sein, weil sie zu einer reduzierten thermischen Masse führen, so dass ggf. ein Bereich von 30% bis 65 % bevorzugt sind. Diese (erste) Lage mit Streckmetall kann als Stützlage für die weiteren Lagen ausgestaltet sein, so dass (nur bzw. wesentlich) diese Lage die strukturelle Integrität der Form der Flammensperre erzeugt.
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Dünne Metallfolien stellen einerseits eine geringe thermische Masse und eine geringe Öffnungslänge (in Strömungsrichtung des Verbrennungsgases) und andererseits eine geringe mechanische Stabilität bereit. Im Gegensatz dazu kann ein grobes, dickes Streckmetall als Stützstruktur eingesetzt werden. In Kombination mit der mindestens einen weiteren Lage kann die effektive Öffnungslänge und die thermische Masse erhöht werden.
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Die Flammensperre kann mindestens eine (zweite) Lage aufweisen, zumindest umfassend ein Element aus der folgenden Gruppe: Gitter, Vlies, Gewebe, Gestrick. Zum Aufbau dieser Lagen werden insbesondere Fasern und/oder Drähte eingesetzt, die geordnet und/oder chaotisch zueinander angeordnet sind. In der Lage bzw. mit den Fasern und/oder Drähten sind (gerade, gekrümmte, etc.) Durchgangsöffnungen gebildet, die ein Durchströmen des Verbrennungsgases ermöglichen. Bevorzugt ist, dass die mechanischen Eigenschaften und/oder die Strömungseigenschaften über die (einzelne) Lage im Wesentlichen gleichartig eingestellt sind.
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Die Flammensperre kann mehrere (insbesondere zweite bzw. weitere) Lagen aufweisen, die voneinander verschiedene Öffnungsweiten aufweisen. Insbesondere kann sich die Maschenweite der Streckmetall-Lage von der Öffnungsweite einer weiteren Lage unterscheiden. Es ist möglich, dass die Lagen, die kein Streckmetall umfassen, voneinander verschiedene Öffnungsweiten haben, wobei die Größe der Öffnungsweite in Strömungsrichtung des Verbrennungsgases zu- und/oder abnehmen kann. Bevorzugt sind alle Öffnungsweiten der (zweiten bzw. weiteren) Lage kleiner als die Maschenweite der (ersten) Lage mit Streckmetall.
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Es ist möglich bzw. bevorzugt, dass die mindestens zwei Lagen, insbesondere alle Lagen, (mittelbar und/oder unmittelbar) miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Eine stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere an den gemeinsamen Kontaktstellen der Lagen ausgebildet sein, insbesondere über die Oberfläche der Lagen, wobei bevorzugt gleichmäßig verteilte Verbindungen ausgebildet sind. Eine stoffschlüssige Verbindung in diesem Sinne liegt vor, wenn eine Lagenverbindung hergestellt ist, die unter normalen Umständen, außer durch Zerstörung nicht mehr gelöst werden kann. Hergestellt werden kann die Verbindung mit arteigenen und/oder mit artfremden Zusatzwerkstoffen. Hierzu zählen beispielsweise Schweiß- und/oder Sinterverbindungen. Die Herstellung eines Verbundes der Lagen kann z.B. durch Versinterung bei hohen Temperaturen im Vakuum oder unter Wasserstoffatmosphäre erzeugt werden. Es ist (alternativ) möglich, ein Widerstandschweißverfahren zur Herstellung solcher Verbindungen einzusetzen. Ein vorteilhafter Effekt dieser stoffschlüssigen Verbindung ist die Vermeidung von Delaminationen der einzelnen Lagen.
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Die Flammensperre kann als ebene Plattenanordnung oder topfförmiger Einsatz ausgebildet sein. Hierfür können die mindestens zwei Lagen eine Platte bilden oder einen Hohlzylinder umschließen. Damit ist es möglich eine Flammensperre zu formen, die parallel bzw. mit einem gleichbleibenden Abstand hin zu einem Brennerkörper eines Gasheizgerätes ausgerichtet positionierbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Gasbrenner eines Gasheizgeräts vorgeschlagen, umfassend einen Brennerkörper mit einer Brennerfläche, an deren Rückseite sich ein Verbrennungsgasweg anschließt, und wobei mindestens eine hier offenbarte Flammensperre mit einem Abstand von mindestens 1 mm [Millimeter] angeordnet ist, wobei die (zweite) Lage (ohne Streckmetall) näher der Brennerfläche positioniert ist als die (erste) Lage (mit Streckmetall).
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Ein Gasbrenner ist insbesondere eingerichtet, in ein Gasheizgerät eingebaut zu werden und mit einem entsprechenden Verbrennungsgasweg und einem Brennraum zusammenzuwirken. Der Gasbrenner kann eine Vorrichtung sein, die zumindest einen Brennerkörper aufweist, der eine Vielzahl von Poren bzw. Brennerlöchern aufweist, durch die das Verbrennungsgas hindurchtreten und dann außerhalb ge- bzw. entzündet werden kann, um dort eine Flamme zu bilden. Der Brennerkörper kann beispielsweise nach Art eines flachen, im Querschnitt rechteckigen Flachbrenners oder nach Art eines einseitig geschlossenen Zylinderbrenners ausgeführt sein. Das Verbrennungsgas wird dem Brennerkörper insbesondere rückseitig, also gegenüberliegend von der Flamme, zugeführt, so dass sich üblicherweise der Verbrennungsgasweg bis hin zum Brennerkörper bzw. der Brennerfläche erstreckt bzw. dort endet. Die Brennerfläche stellt insbesondere den Bereich des Brennerkörpers dar, der die Vielzahl von Brennerlöchern ausbildet bzw. zu dem benachbart die Flamme(n) ausgebildet sind. Der Gasbrenner kann ein Set aus Brennerkörper und Flammensperre darstellen, wobei z. B. die Flammensperre relativ zum Brennerkörper vorfixiert und/oder ausrichtbar sein kann. Es ist möglich, dass Brennerkörper und Flammensperre mit gemeinsamen Verbindungsmitteln an bzw. in dem Gasheizgerät befestigbar sind, beispielsweise über einen gemeinsamen bzw. zusammengesetzten Flansch. Bevorzugt ist, dass jedem Brennerkörper (nur) eine einzelne Flammensperre der hier offenbarten Art zugeordnet ist.
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Die Rückseite des Brennerkörpers kann als Ende des Verbrennungsgaswegs betrachtet werden. Es wird also insbesondere vorgeschlagen, dass die Flammensperre nicht direkt an der Rückseite des Brennerkörpers anliegt, sondern dass dort zunächst ein bevorzugt gleichmäßiger Spalt mit einem vorgegebenen Abstand vorgesehen ist. Der Abstand ist insbesondere so gestaltet, dass im Fall eines Flammenrückschlages sich die Flammenfront in den Spalt hinein ausbreiten und damit großflächiger die Oberfläche der Flammenfläche beauftragen kann. Der Abstand liegt bevorzugt im Bereich oberhalb von 1 mm und beträgt bevorzugt mindestens 3 mm oder sogar mindestens 5 mm. Besonders bevorzugt ist, dass der Abstand nicht größer als 20 mm gewählt wird, insbesondere bei Gasheizgeräten für ein Einfamilienhaus. Die angegebene Obergrenze des Abstandes ist sinnvoll, um das zündbare Volumen von Verbrennungsgas im Verbrennungsgasweg zu begrenzen. Dadurch wird die Geräuschentwicklung und/oder die Druckwelle des Flammenrückschlags reduziert. Die Obergrenze des Abstandes kann neben der konkreten Gestalt des Brennerkörpers ggf. auch von dem Aufbau bzw. der Belastungsgrenze der Lagen der Flammensperre angepasst gewählt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Abstandes ist, dass der Wärmeeintrag in die Flammensperre während des normalen Betriebes des Gasheizgeräts eingestellt bzw. begrenzt werden kann, was einer langzeitig gleichmäßigen Funktionalität der Flammensperre zugutekommt.
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Es wird als sehr vorteilhaft angesehen, eine Querströmung zwischen Flammensperre und Brennerfläche zu ermöglichen, damit die gesamte Oberfläche der Flammensperre durchströmt und damit genutzt werden kann. Bei einem Abstand von 0 mm würde die Flammensperrenfläche direkt unter bzw. benachbart der Brennerlöcher durchströmt. Im Regelbetrieb ergeben sich dadurch hohe Druckverluste durch die Flammensperre. Wird dagegen ein Abstand vorgesehen, wird z.B. ein Brennerloch von 0,5 mm2 [Quadratmillimeter] Querschnittsfläche aus z.B. 5,0 mm2 Querschnittsfläche der Flammensperre versorgt. Dadurch sinken die Druckverluste der Flammensperre stark. Auch im Fehlerfall bei einem Flammenrückschlag durch z.B. eine verzögerte Zündung ist der Abstand bzw. das gewählte Abstandsmaß wichtig, weil so die Flächenbelastung der Flammensperre reduziert wird. Das durch die Brennerfläche rückströmende heiße Gas verteilt sich im Spalt auf eine größere Fläche, wodurch auch die aufzunehmende Hitze bzw. Energie auf eine größere Fläche verteilt wird. Weiterhin wird auch die Strömungsgeschwindigkeit gesenkt und die Verweilzeit erhöht, was die Flammlöschung begünstigt.
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Die Gasbrenner bzw. Brennerkörper sind ggf. Blechbauteile, die durch Stanzen partiell perforiert bzw. gelocht werden. Die Gesamtfläche aller Brennerlöcher ist bei Gasbrennern für (fast) reinen Wasserstoff (als Verbrennungsgas) im Vergleich zu Gasbrennern für Erdgas eher gering, weil die Flammengeschwindigkeit von Wasserstoff deutlich höher ist als die Flammengeschwindigkeit von Erdgas. Dadurch weisen Wasserstoffbrenner unter Umständen größere passive Flächenanteile auf, d.h. einzelne Brennerlöcher oder Brennerloch-Gruppen haben eine größere passive Fläche um sich herum. Um insbesondere (auch) für diesen Fall eine effektive Flammensperre bereitzustellen, kann gerade für derartige Gasbrenner nachfolgende Auslegung vorteilhaft sein.
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Die Brennerfläche kann eine Vielzahl von Brennerlöchern aufweisen, die zusammen eine Brennerlöcherfläche bilden. Die Flammensperre kann eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweisen, die zusammen eine Durchgangsöffnungsfläche bilden. Es ist in diesem Zusammenhang bevorzugt, dass ein Verhältnis (V) von Durchgangsöffnungsfläche (AF) zu Brennerlöcherfläche (AB) mindestens 3,0 beträgt (V = AF / AB ≥ 3,0). Bevorzugt beträgt das Verhältnis mindestens 5,0 oder sogar mindestens 10,0. Die Brennerlöcherfläche (AB) kann bestimmt werden als Summe der (mittleren) Lochquerschnitte der Brennerlöcher des Brennerkörpers. Die Durchgangsöffnungsfläche (AF) kann bestimmt werden als Summe der (minimalen und/oder der der Rückseite unmittelbar gegenüberliegenden, mittleren) Öffnungsquerschnitte der Durchgangsöffnungen der Flammensperre. Die hier betrachteten Flächen erfassen insbesondere den gesamten Überdeckungs- bzw. (gemeinsamen) Gasdurchströmungsabschnitt von Brennerkörper und Flammensperre.
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Es ist bevorzugt, dass ein Gasheizgerät mit mindestens einem Gasbrenner mit Flammensperre ausgeführt ist. Zum Aufbau des Gasheizgerätes wird auf die Einleitung sowie die nachfolgende Figurenbeschreibung verwiesen.
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Einem weiteren Aspekt folgend wird auch die Verwendung einer Flammensperre der hier offenbarten Art zum Erlöschen einer Rückschlagflamme eines Gasbrenners eines Gasheizgerätes vorgeschlagen. Die Verwendung gilt insbesondere für Gasbrenner bzw. Gasheizgeräte, wie sie vorstehend oder mit Bezug auf die Figurenbeschreibung beschrieben sind.
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Es wurden mit verschiedenen Aufbauten der mehrlagigen Flammensperre Tests durchgeführt, wobei insbesondere die folgende Ausführungsbeispiele besonders gute Ergebnisse hinsichtlich des Druckverlusts, der Flammenlöschungsfunktion und der Verschmutzungsneigung zeigten, insbesondere bei einer verzögerten Zündung: Beispiel 1 (Mesh in mm):
| Dritte Lage (Decklage): | R 0,6 × 0,5 - 0,2 × 0,12 |
| Zweite Lage (Zwischenlage): | R 1 × 0,75 - 0,27 × 0,15 |
| Erste Lage (mit Streckmetall, Stützlage): | R 10 × 5 - 1 × 0,5 |
Beispiel 2 (Mesh in mm):
| Dritte Lage (Decklage): | R 0,75 × 0,6 - 0,2 × 0,12 |
| Zweite Lage (Zwischenlage): | R 1 × 0,75 - 0,27 × 0,15 |
| Erste Lage (mit Streckmetall, Stützlage): | R 10 × 5 - 1 × 0,5 |
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Insbesondere wurde festgestellt, dass die mehrlagigen, insbesondere mindestens 3-lagigen Aufbauten eine deutlich verbesserte Robustheit aufwiesen. Der Aufbau gemäß Beispiel 2 zeigte darüber hinaus bei einem Verschmutzungstests eine geringere Verschmutzungsanfälligkeit, weil die Maschenweite gröber ist. Als (dritte) Decklagen scheinen Konfigurationen mit z.B. (Mesh) R 0,85 x 0,65 und R1 x 0,75 sinnvoll. Als (zweite) Zwischenlage scheinen Konfigurationen mit z.B. (Mesh) R 1,5 x 1 und R 2 x1,3 sinnvoll.
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Vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass die hier verwendeten Zahlwörter „erste“, „zweite“, „dritte“, „weitere“... nicht zwingend eine Rangordnung verlangen, sondern zunächst einmal nur zur Unterscheidung gleicher bzw. ähnlicher Merkmale bzw. Teile dienen. Unbenommen bleibt gleichwohl, hiermit auch eine Reihenfolge zum Ausdruck zu bringen, wenn das entsprechend explizit offenbart ist.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren weiter erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren veranschaulichten Merkmale - soweit nicht explizit etwas anderes vorgetragen wird - extrahierbar sind und/oder in beliebiger, technologische Weise mit anderen Merkmalen der weiteren Figuren, der allgemeinen Beschreibung oder Ansprüche kombinierbar sind. Die Figuren sind schematisch und sind regelmäßig nicht geeignet, tatsächliche Größenverhältnisse abzubilden. Es zeigen:
- 1: ein Gasheizgerät im Teilschnitt,
- 2: einen Gasbrenner im Querschnitt,
- 3: einen Ausschnitt aus einem Gasbrenner mit einer benachbarten Flammensperre,
- 4: eine zylinderförmige Flammensperre,
- 5: eine plattenförmige Flammensperre, und
- 6: eine Lage der Flammensperre mit Streckmetall
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Gasheizgerätes 11. Dieses bildet einen Verbrennungsgasweg 2 aus, der z. B. von einem Gemisch aus einem Brenngas (wie Wasserstoff oder Erdgas) und Umgebungsluft in einer Strömungsrichtung 27 durchströmbar ist (im regulären Betrieb), wobei dieser Verbrennungsgasweg 2 in einem Gasbrenner 3 mündet bzw. endet. Der Verbrennungsgasweg 2 kann aus zwei Leitungsanschlüssen be- bzw. entstehen, einem Leitungsanschluss für Brenngas mit einem Stellelement 22 (Ventil) zur dosierten, geregelten Zugabe von Brenngas in einen Strom Umgebungsluft, welche mit einem Fördergerät 21 (Gebläse) über einen Verbrennungsluftweg 20 zugegeben werden kann. Das Verbrennungsgas bzw. Gasgemisch tritt durch den Gasbrenner 3 hindurch und kann außerhalb mittels einer Zündeinrichtung 25 gezündet werden. Die dabei entstehenden Flammen 4 sind normalerweise außerhalb des Gasbrenners 3 in einem Brennraum 28 angeordnet, wodurch z. B. ein außenliegender, mit einem Heizwasser durchströmter Wärmetauscher 26 erhitzt werden kann.
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Damit ist der reguläre Betrieb beschrieben. Im Fall eines (unerwünschten) Flammenrückschlages, wenn also eine Flammenbildung im inneren Bereich des Gasbrenners 3 auftritt, sorgt eine dort vorgesehene Flammensperre 1 dafür, dass die Flammenfront dort aufgehalten oder gelöscht wird. In den in 1 zylindrisch ausgeformten Gasbrenner 3 kann auch eine Flammensperre 1 integriert sein, wie es anhand von 2 veranschaulicht ist.
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2 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines Gasbrenners 3, der an einem Gehäuse 29 befestigbar ist, welches (auch) den Verbrennungsgasweg 2 ausbildet bzw. begrenzt. Hierfür kann eine Flanschaufnahme im Gehäuse 29 vorgesehen sein, an dem ein Set aus Brennerkörper 12 und Flammensperre 1 gemeinsam (stirnseitig) über einen Flansch 30 angeschraubt werden kann. Im dargestellten Beispiel sind Flammensperre 1 und Brennerkörper 12 koaxial zu einer gemeinsamen Achse 24 ausgebildet. Der Brennerkörper 12 und bevorzugt auch die Flammensperre 1 sind an der Stirnseite gegenüberliegend dem Austritt des Verbrennungsgasweg 2 gasdicht verschlossen, so dass das Verbrennungsgas radial (gleichmäßig verteilt) über eine Vielzahl von (Gruppen von) Brennerlöchern 16 austritt und außerhalb eine Front von Flammen 4 erzeugt. Der Brennerkörper 12 kann mit einem perforierten, zylinderförmigen Blech gebildet sein, welches eine Brenneroberfläche 13 bildet. Auf der den Flammen 4 abgewandten, innenliegenden Seite (Rückseite 14) ist mit einem vorgegebenen Abstand 15 eine mehrlagige, metallische Flammensperre 1 angeordnet.
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3 dient der Veranschaulichung des Aufbaus des Sets aus Brennerkörper 12 und einer bevorzugten Ausgestaltung der Flammensperre 1 im Falle eines (unerwünschten) Flammenrückschlages, wobei die Pfeile die (entgegengesetzte) Strömungsrichtung des hei-ßen und ggf. entzündeten Gasstroms in diesem Fall veranschaulichen. Oben in 3 befindet sich der Brennraum 28, der durch die Brenneroberfläche 13 des Brennerkörpers 12 begrenzt ist und in dem üblicherweise die Flammen ausgebildet sind. Der (z. B. zylindrische) Brennerkörper 12 weist eine Vielzahl von Brennerlöchern 16 mit einer vorgegebenen Lochweite 18 (ggf. Lochdurchmesser) auf, welche sich durch den Brennerkörper 12 hindurch erstrecken und an einer Rückseite 14 des Brennerkörpers 12 münden. Mit einem vorgegeben Abstand 15 davon ist eine (ebenfalls zylindrische) Flammensperre 1 vorgesehen.
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Die im Verbrennungsgasweg 2 angeordnete Flammensperre 1 weist einen 3-lagigen Aufbau aus, wobei die Flammensperre 1 mit drei sich flächig kontaktierenden metallischen Lagen 5, 6, 7 gebildet ist, wobei zumindest eine erste Lage 5 Streckmetall umfasst. Am weitesten entfernt zum Brennerkörper 12 ist die erste Lage 5 (Stützlage) mit dem Streckmetall positioniert, wobei mit dem Steckmetall Durchgangsöffnungen 17 mit einer Maschenweite 8 gebildet sind. Daran stoffschlüssig angebunden ist eine zweite Lage 6 (Zwischenlage) vorgesehen, die eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 17 mit einer (ersten) Öffnungsweite 19 aufweist. Radial weiter außen und an der zweiten Lage 6 stoffschlüssig angebunden ist eine dritte Lage 7 (Decklage) vorgesehen, die eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen 17 mit einer (zweiten, von der ersten verschiedenen - hier kleineren -) Öffnungsweite 23 aufweist. Der Abstand 15 und/oder die Maße bzw. Verteilung der Durchgangsöffnungen 17 / Brennerlöcher 16 ist so gewählt, dass sich das heiße, ggf. entzündete Gas im Fall eines unerwünschten Flammenrückschlags gut über die Oberfläche der (dritten Lage 7 der) Flammensperre 1 verteilen kann.
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4 veranschaulicht in einer perspektivischen Darstellung eine Ausführungsform einer Flammensperre 1, welche mit einem stirnseitigen Flansch 30 ausgeführt ist, an dem innen eine erste Lage 5 mit einem Streckmetall und außen anliegend eine weitere metallische zweite Lage 6 angeordnet sind. Gegenüberliegend des Flansches 30 kann der mit den Lagen 5, 6 gebildete Holzylinder 10 gasdicht verschlossen sein, so dass in den Hohlkörper einströmendes Verbrennungsgas radial über (nicht dargestellte) Durchgangsöffnungen in den Lagen 5, 6 ausströmen kann.
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5 veranschaulicht in einer Seitenansicht eine Flammensperre 1, welche nach Art einer Platte 9 ausgeführt und z. B. mit einem so genannten Flachbrenner kombinierbar ist. Der Gasbrenner kann mit einem außenliegenden gasdichten Abschnitt und einem darin liegenden Abschnitt mit einer gelochten Brennerfläche 13 ausgeführt sein. Zur Orientierung sind ebenfalls der Brennraum 28 und der Verbrennungsgasweg 2 hinter der Rückseite 14 der Brennerfläche 13 ausgewiesen. In dem hier gezeigten Beispiel ist die Flammensperre 1 2-lagig ausgeführt, nämlich mit einer ersten (Stütz-)Lage 5 umfassend Streckmetall und einer (einzelnen) zweiten metallischen Lage 6. Der Verbund aus erster Lage 5 und zweiter Lage 6 kann mit Abstandsmitteln zu der Brennerfläche 13 mit einem vorgegebenen Abstand 15 angeordnet sein.
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Schließlich wird in 6 schematisch eine erste Lage 5 dargestellt, welche (ausschließlich) mit einem Streckmetall gebildet ist, wobei das Streckmetall eine konkret vorgebbare Maschenweite 8 definieren kann.
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Mit der hier offenbarten Erfindung können, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise gelindert werden. Insbesondere wurde eine Flammensperre angegeben, deren Aufbau an verschiedene Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen bei Gasbrennern bzw. Gasheizgeräten einfach, flexibel und kosteneffizient anpassbar ist. Weiter wurde ein Gasheizgerät vorgeschlagen, bei dem mechanische und/oder thermische Belastungen aufgrund von Flammenrückschlägen vermindert oder vermieden werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flammensperre
- 2
- Verbrennungsgasweg
- 3
- Gasbrenner
- 4
- Flamme
- 5
- erste Lage
- 6
- zweite Lage
- 7
- dritte Lage
- 8
- Maschenweite
- 9
- Platte
- 10
- Hohlzylinder
- 11
- Gasheizgerät
- 12
- Brennerkörper
- 13
- Brennerfläche
- 14
- Rückseite
- 15
- Abstand
- 16
- Brennerloch
- 17
- Durchgangsöffnung
- 18
- Lochweite
- 19
- erste Öffnungsweite
- 20
- Verbrennungsluftweg
- 21
- Fördergerät
- 22
- Stellelement
- 23
- zweite Öffnungsweite
- 24
- Achse
- 25
- Zündeinrichtung
- 26
- Wärmetauscher
- 27
- Strömungsrichtung
- 28
- Brennraum
- 29
- Gehäuse
- 30
- Flansch
