DE102022129505A1

DE102022129505A1 - Heating device, arrangement of a flame arrester and a burner and use of a seal

Info

Publication number: DE102022129505A1
Application number: DE102022129505.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Reinert; Markus Polus; Hendrik Gevers
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2022-11-08
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2024-05-08
Also published as: EP4368885A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Heizgerät (1), aufweisend einen an einer Brennertür (15) angeordneten Brenner (3), der eine Flammensperre (18) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass diese einen Dichtbereich (26) mit der Brennertür (15) ausbildet. Vorteilhaft kann so ein Flammenrückschlag verhindert werden, da Umgehungsströmungen von Verbrennungsgemisch um die Flammensperre (18) unterbunden werden. Dabei kann der Dichtbereich (26) in einer Durchströmungsöffnung (19) der Brennertür (15) ausgebildet sein oder in der Brennertür (15) eine Nut (21) vorgesehen sein, in die die Flammensperre (18) eingreift. Zudem werden eine Anordnung (16) eines Brenners (3) und einer Flammensperre (18) und eine Verwendung einer Dichtung (20) vorgeschlagen.A heating device (1) is proposed, having a burner (3) arranged on a burner door (15), which comprises a flame arrester (18) which is designed in such a way that it forms a sealing area (26) with the burner door (15). This can advantageously prevent flashbacks, since bypass flows of combustion mixture around the flame arrester (18) are prevented. The sealing area (26) can be formed in a flow opening (19) of the burner door (15) or a groove (21) can be provided in the burner door (15), into which the flame arrester (18) engages. In addition, an arrangement (16) of a burner (3) and a flame arrester (18) and the use of a seal (20) are proposed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät, eine Anordnung von einer Flammensperre und einem Brenner und eine Verwendung einer Dichtung.The invention relates to a heating device, an arrangement of a flame arrester and a burner and a use of a seal.

Es sind eine Vielzahl von Heizgeräten bekannt, die in einer Brennkammer ein Verbrennungsgemisch aus einem Brennstoff, insbesondere Gas oder Wasserstoff, und Umgebungsluft verbrennen, um Wärme zur Versorgung eines Gebäudes oder für eine Bereitstellung von Warmwasser zu gewinnen.A large number of heating devices are known which burn a combustion mixture of a fuel, in particular gas or hydrogen, and ambient air in a combustion chamber in order to generate heat to supply a building or to provide hot water.

Im Rahmen der Vermeidung fossiler Brennstoffe gewinnt zunehmend Wasserstoff als Brennstoff für Heizgeräte an Bedeutung. Aufgrund der Eigenschaften von Wasserstoff, insbesondere einer erhöhten Flammengeschwindigkeit, steigt das Risiko von Flammenrückschlägen bei der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff.As part of the effort to avoid fossil fuels, hydrogen is becoming increasingly important as a fuel for heating devices. Due to the properties of hydrogen, in particular an increased flame speed, the risk of flashbacks increases when hydrogen is used as a fuel.

Ein Flammenrückschlag, auch als Rückzündung bezeichnet, ist eine Ausbreitung einer Flamme an einem Brenner entgegen der Strömungsrichtung des Verbrennungsgemisches in einen Gemischkanal des Heizgerätes. Aufgrund eines einhergehenden Druckstoßes kann ein Flammenrückschlag einer erheblichen Geräuschbelastung führen, als auch zu Beschädigungen des Heizgerätes, insbesondere der Fördereinrichtung.A flashback, also known as a backfire, is the spread of a flame on a burner against the flow direction of the combustion mixture into a mixture channel of the heater. Due to the accompanying pressure surge, a flashback can lead to considerable noise pollution and damage to the heater, especially the conveyor system.

Hierzu wird in der EP 3 974 719 A1 vorgeschlagen, eine Flammensperre zwischen einer Luftzufuhr und einem Lochblech des Brenners anzuordnen, die von einer Flamme nicht durchdringbar ist. So kann ein weiteres Eindringen einer Flamme in eine Gemischgasleitung des Heizgerätes verhindert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Defekte der Flammensperre, häufig im Übergangsbereich zu einer Brennertür, auftreten können, die ein Eintreten der Flamme in den Gemischkanal und damit einen Flammenrückschlag zulassen.For this purpose, the EP 3 974 719 A1 It has been suggested that a flame arrester be placed between an air supply and a perforated plate of the burner, which cannot be penetrated by a flame. This can prevent a flame from penetrating further into a mixture gas line of the heater. However, it has been shown that defects in the flame arrester can occur, often in the transition area to a burner door, which allow the flame to enter the mixture channel and thus cause a flashback.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Heizgerät, eine Anordnung von einer Flammensperre und einem Brenner und eine Verwendung einer Dichtung vorzuschlagen, das die geschilderten Probleme des Standes der Technik zumindest teilweise überwindet. Insbesondere sollen Flammenrückschläge robust vermieden werden.Based on this, the object of the invention is to propose a heating device, an arrangement of a flame arrester and a burner and a use of a seal that at least partially overcomes the problems of the prior art described. In particular, flashbacks should be robustly avoided.

Zudem soll die Erfindung die Komplexität eines Heizgerätes zumindest nicht wesentlich erhöhen, nur geringe bauliche Veränderungen an einem Heizgerät erfordern und eine einfache Integration in einen bestehenden Produktionsprozess ermöglichen.In addition, the invention should at least not significantly increase the complexity of a heating device, require only minor structural changes to a heating device and enable easy integration into an existing production process.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.These objects are achieved by the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments of the solution proposed here are specified in the independent patent claims. It is pointed out that the features listed in the dependent patent claims can be combined with one another in any technologically reasonable manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the patent claims are specified and explained in more detail in the description, with further preferred embodiments of the invention being presented.

Hierzu trägt ein Heizgerät bei, aufweisend einen, an einer Brennertür angeordneten, Brenner, der eine Flammensperre umfasst, die derart ausgebildet ist, dass diese einen Dichtbereich mit der Brennertür ausbildet. Der Brenner kann dabei mittels einer Brennerdichtung an der Brennertür befestigt sein. Flammensperre und Brennertür können somit einen von der Brennerdichtung unabhängigen Dichtbereich bilden, der in der gleichen Dichtebene oder insbesondere in einer zweiten Dichtebene der Brennerdichtung liegen kann.A heating device contributes to this, having a burner arranged on a burner door, which comprises a flame arrester which is designed in such a way that it forms a sealing area with the burner door. The burner can be attached to the burner door by means of a burner seal. The flame arrester and burner door can thus form a sealing area independent of the burner seal, which can be in the same sealing plane or in particular in a second sealing plane of the burner seal.

Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein Gasheizgerät, das dazu eingerichtete ist, ein Brenngas, wie Erdgas oder insbesondere Wasserstoff unter Zufuhr von Umgebungsluft zu verbrennen und Wärmeenergie, beispielsweis zur Erwärmung eines Wärmeträgers eines Heizkreislaufes oder auch zur Bereitstellung einer Warmwasserversorgung zu erzeugen. Insbesondere kann es sich bei dem Heizgerät um ein Brennwertgerät handeln. Das Heizgerät weist in der Regel eine Brennkammer und eine Fördereinrichtung bzw. ein Gebläse auf, die ein Gemisch von Brennstoff und Verbrennungsluft über einen Gemischkanal in eine Brennkammer, in der ein Brenner angeordnet ist, fördern kann. Die Verbrennungsprodukte können anschließend durch einen Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage zugeführt werden.The heating device is in particular a gas heating device that is designed to burn a combustible gas, such as natural gas or in particular hydrogen, with the addition of ambient air and to generate thermal energy, for example to heat a heat carrier of a heating circuit or to provide a hot water supply. In particular, the heating device can be a condensing boiler. The heating device generally has a combustion chamber and a conveying device or a fan that can convey a mixture of fuel and combustion air via a mixture channel into a combustion chamber in which a burner is arranged. The combustion products can then be fed to an exhaust system through an exhaust channel of the heating device.

Der Brenner kann mindestens ein flaches Lochblech oder ein Lochblech in Zylinderform umfassen, das zwischen einem Brennerhohlraum und der Brennkammer angeordnet ist. Der Brennerhohlraum kann derart mit dem Gemischkanal verbunden sein, dass Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal durch den Brennerhohlraum strömen, aus dem Lochblech austreten und dort verbrannt werden kann. Im Bereich des Lochbleches kann zudem eine Zündeinrichtung angeordnet sein, dazu eingerichtet, einen durch das Lochblech austretenden Massestrom Verbrennungsgemisch zu entzünden. Der Brenner kann an einer Brennertür einer Brennkammer des Heizgerätes angeordnet sein. Die Brennertür kann eine Durchströmungsöffnung aufweisen, die den Gemischkanal des Heizgerätes mit dem Brennerhohlraum verbinden kann. Ein Brenner in Zylinderform kann zur Befestigung an der Brennertür einen Flansch aufweisen, der beispielsweise mittels einer Schraubverbindung mit der Brennertür verbunden werden kann. Zwischen Brenner und Brennertür ist in der Regel noch eine Dichtung, beispielsweise eine hochtemperaturstabile Graphit- Dichtung angeordnet.The burner can comprise at least one flat perforated plate or a perforated plate in a cylindrical shape, which is arranged between a burner cavity and the combustion chamber. The burner cavity can be connected to the mixture channel in such a way that combustion mixture can flow from the mixture channel through the burner cavity, exit from the perforated plate and be burned there. In the area of the perforated plate, an ignition device can also be arranged, designed to ignite a mass flow of combustion mixture exiting through the perforated plate. The burner can be arranged on a burner door of a combustion chamber of the heater. The burner door can have a flow opening which Mixture channel of the heater can be connected to the burner cavity. A cylindrical burner can have a flange for attachment to the burner door, which can be connected to the burner door using a screw connection, for example. A seal, for example a high-temperature stable graphite seal, is usually arranged between the burner and the burner door.

Der Brenner und die Flammensperre können als Einheit ausgebildet sein. Der Brenner ist über eine Dichtung aus Graphit oder aus einem ähnlichen Material an der Brennertür angebunden.The burner and the flame arrester can be designed as a unit. The burner is connected to the burner door via a seal made of graphite or a similar material.

Der Brenner kann (mindestens) eine Flammensperre umfassen, die derart im Brennerhohlraum ausgebildet und angeordnet ist, dass zum Lochblech strömendes Verbrennungsgemisch die Flammensperre durchdringen muss. Mit anderen Worten kann die Flammensperre den gesamten vorhandenen Strömungsquerschnitt im Brennerhohlraum abdecken, so dass zum Lochblech strömendes Verbrennungsgemisch die Flammensperre durchdringen muss. So kann beispielhaft bei einem in einer Zylinderform ausgebildeten Brenner die Flammensperre gleichfalls in Zylinderform mit weitestgehend konstantem Abstand zum Lochblech ausgebildet sein. Bei einem flachen (ebenen) Lochblech kann entsprechend die Flammensperre gleichfalls flach und eben ausgebildet sein und beabstandet zum Lochblech im Brennerhohlraum angeordnet sein.The burner can comprise (at least) one flame arrester, which is designed and arranged in the burner cavity in such a way that combustion mixture flowing to the perforated plate must penetrate the flame arrester. In other words, the flame arrester can cover the entire existing flow cross-section in the burner cavity, so that combustion mixture flowing to the perforated plate must penetrate the flame arrester. For example, in the case of a burner designed in a cylindrical shape, the flame arrester can also be designed in a cylindrical shape with a largely constant distance from the perforated plate. In the case of a flat (level) perforated plate, the flame arrester can also be designed flat and level and arranged at a distance from the perforated plate in the burner cavity.

Die Flammensperre kann (Mikro-)Kanäle (z.B. mit einem Kanalquerschnitt kleiner 1/100 oder kleiner 1/1.000 oder sogar kleiner 1/10.000 des Leitungsquerschnitts selbst), Porensysteme, oder Wabenstrukturen etc. im Inneren ausbilden, die allein ein Durchströmen von Brenngas durch deren Querschnitt zulassen. Die Kanaldichte bzw. Porosität der Flammensperre kann an die Strömung bzw. das Brenngas angepasst sein. „Kanäle“ in diesem Sinne sind insbesondere Strömungspfade für das Verbrennungsgemisch durch die Flammensperre, also Strömungspfade, die sich von einer (dem Gemischkanal zugewandten) Eintrittsseite zu einer gegenüberliegenden (dem Lochblech zugewandten) Austrittseite erstrecken. Die Kanäle können einen geraden bzw. gerichteten (schrägen, gewundenen, etc.) Verlauf haben. Ist die Flammsperre mit einer Porosität ausgeführt, versteht man hierunter insbesondere die (unregelmäßige) Ausbildung von miteinander verbundenen Poren, die ebenfalls ein Durchströmen von der Eintrittsseite zu der gegenüberliegenden Austrittseite zulassen. Geeignete Materialien oder Halbzeuge für die Flammensperre sind nachfolgend beispielhaft genannt:

- offenporige (offenzellige) Keramik- oder Metallschäume,
- Streckmetalle, insbesondere mehrlagig und/ oder gesintert,
- Drahtgewebe, insbesondere mehrlagig,
- Fasermatten, gegebenenfalls gesintert,
- (entsprechend hochtemperaturbeständiges) Vliese.

The flame arrester can form (micro) channels (e.g. with a channel cross-section of less than 1/100 or less than 1/1,000 or even less than 1/10,000 of the line cross-section itself), pore systems, or honeycomb structures, etc. inside, which only allow fuel gas to flow through their cross-section. The channel density or porosity of the flame arrester can be adapted to the flow or the fuel gas. "Channels" in this sense are in particular flow paths for the combustion mixture through the flame arrester, i.e. flow paths that extend from an inlet side (facing the mixture channel) to an opposite outlet side (facing the perforated plate). The channels can have a straight or directed (oblique, winding, etc.) course. If the flame arrester is designed with porosity, this means in particular the (irregular) formation of interconnected pores, which also allow flow from the inlet side to the opposite outlet side. Suitable materials or semi-finished products for the flame arrester are listed below as examples:

- open-pored (open-cell) ceramic or metal foams,
- expanded metals, especially multi-layered and/or sintered,
- Wire mesh, especially multi-layered,
- fibre mats, optionally sintered,
- (appropriately high temperature resistant) fleece.

Das Heizgerät kann zudem eine Flammenüberwachung aufweisen, die das Vorhandensein einer Flamme am Brenner erfassen, und bei einem Erlöschen der Flamme die Gaszufuhr unterbrechen kann. Anhand der Flammenüberwachung kann detektiert werden, ob eine Flamme bei dem Brenner vorliegt oder nicht. Dabei kann ein Signal der Flammenüberwachung zur Regelung und Steuerung des Heizgerätes, insbesondere zum Ermitteln und Regeln eines Verbrennungsluftverhältnisses des Gasgemisches, herangezogen werden. Für eine Flammenüberwachung können verschiedene Sensoren eingesetzt werden. Häufig kommen lonisationselektroden zum Einsatz, die einen lonisationsstrom der Flamme messen. Jedoch entstehen bei der Verbrennung von Wasserstoff nur zu wenig freie Ladungsträger, wodurch dieses Verfahren für wasserstoffbetriebene Heizgeräte zumeist keine robuste Flammenerkennung ermöglicht. Weiterhin bekannt sind Temperatursensoren zur Flammenerkennung. Diese können auch genutzt werden, indem ein temperaturabhängiger Widerstand des Temperatursensors, beispielsweise einem Glühzünder bzw. Hot-Surface-Igniter, gemessen wird. Insbesondere ermöglicht die Flammenüberwachung einen Rückschluss auf das Verbrennungsluftverhältnis (auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet) des zugeführten Verbrennungsgemisches aus Brenngas und Verbrennungsluft.The heater can also have a flame monitor that detects the presence of a flame on the burner and can interrupt the gas supply if the flame goes out. The flame monitor can detect whether or not there is a flame on the burner. A signal from the flame monitor can be used to regulate and control the heater, in particular to determine and regulate the combustion air ratio of the gas mixture. Various sensors can be used for flame monitoring. Ionization electrodes are often used to measure an ionization current of the flame. However, too few free charge carriers are produced when hydrogen is burned, which means that this method usually does not allow robust flame detection for hydrogen-powered heaters. Temperature sensors for flame detection are also known. These can also be used by measuring a temperature-dependent resistance of the temperature sensor, for example a glow plug or hot surface igniter. In particular, flame monitoring enables conclusions to be drawn about the combustion air ratio (also known as lambda or air number) of the supplied combustion mixture of fuel gas and combustion air.

Das Heizgerät kann insbesondere die Brennerleistung an den Bedarf anpassen, was auch als Modulieren bezeichnet wird. Hierzu kann bei einem Erkennen eines geänderten Wärmebedarfs, beispielsweise unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreises, ein Regel- und Steuergerät des Heizgerätes eine Leistung des Gebläses des Heizgerätes und damit den Massestrom Verbrennungsluft an den Wärmebedarf anpassen. Gleichzeitig passt eine Regelung den Brennstoffmassestrom an den sich ändernden Massestrom Verbrennungsluft an. Häufig wird zur Vermeidung von Flammenrückschlägen in niedrigen Leistungsbereichen das Verbrennungsluftverhältnis angepasst, insbesondere der Anteil Verbrennungsluft erhöht. Durch die damit verbundene Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Minderung der Flammengeschwindigkeit (bei gleicher Leistung des Heizgerätes) kann das Risiko von Flammenrückschlägen gemindert werden. Trotzdem besteht bei einem Modulationsvorgang des Heizgerätes ein erhöhtes Risiko des Auftretens eines Flammenrückschlages, das durch die vorliegende Erfindung gemindert werden kann.The heater can in particular adapt the burner output to the requirement, which is also referred to as modulation. To do this, when a changed heat requirement is detected, for example by taking into account a flow and return temperature of a heating circuit connected to the heater, a control and regulation device of the heater can adapt the output of the heater's fan and thus the combustion air mass flow to the heat requirement. At the same time, a control system adapts the fuel mass flow to the changing combustion air mass flow. To avoid flashbacks in low power ranges, the combustion air ratio is often adjusted, in particular the proportion of combustion air is increased. The associated increase in the flow velocity and simultaneous reduction in the flame speed (with the same heater output) can reduce the risk of flashbacks. Nevertheless, there is an increased risk of flamebacks during a modulation process of the heater. Risk of occurrence of flashback, which can be reduced by the present invention.

Das Heizgerät kann zur Steuerung des Brennstoffmassestromes ein Gasventil aufweisen, das in der Regel ein Gassicherheitsventil und ein Gasregelventil umfassen kann. Das Gasregelventil kann dabei insbesondere ein Schrittmotorventil sein, dass einen definierten Brennstoffmassestrom einstellen kann. Das Sicherheitsventil soll ein Austreten unverbrannten Brennstoffs verhindern und wird beispielsweise bei einem Startvorgang des Heizgerätes erst nach dem Anfahren der Fördereinrichtung auf eine, für den Startvorgang geeignete, Startleistung freigegeben.The heater can have a gas valve to control the fuel mass flow, which can generally include a gas safety valve and a gas control valve. The gas control valve can in particular be a stepper motor valve that can set a defined fuel mass flow. The safety valve is intended to prevent unburned fuel from escaping and is only released when the heater is started, for example, after the conveyor device has been started up to a starting power suitable for the starting process.

Eine Idee der Erfindung besteht darin, die Flammensperre im Strömungsweg des Verbrennungsgemisches gegenüber dem Brennerhohlraum und/ oder der Brennertür unter Ausbildung eines, eine Dichtung umfassenden, Dichtbereiches derart anzuordnen, dass das Verbrennungsgemisch zum Durchdringen der Flammensperre gezwungen wird und Nebenströmungen, die einen Flammenrückschlag in den Gemischkanal leiten könnten, unterbunden werden.One idea of the invention is to arrange the flame arrester in the flow path of the combustion mixture opposite the burner cavity and/or the burner door, forming a sealing area comprising a seal in such a way that the combustion mixture is forced to penetrate the flame arrester and secondary flows that could lead to a flashback into the mixture channel are prevented.

Ein Dichtbereich kann als Bereich verstanden werden, in dem eine dichtende Verbindung (insbesondere für eine Wasserstoffflamme) zwischen zwei Bauteilen beschaffen wird. Hierbei kann die dichtende Verbindung im Dichtbereich durch die beiden Bauteile selbst oder mittels einer zusätzlichen Dichtung ausgebildet werden.A sealing area can be understood as an area in which a sealing connection (in particular for a hydrogen flame) is created between two components. The sealing connection in the sealing area can be formed by the two components themselves or by means of an additional seal.

Die Dichtung kann dabei insbesondere eine hochtemperaturstabile Dichtung sein, beispielsweise aus Graphit, Filz, NBR (Nitrilkautschuk), Glimmer, Keramikfaserpapier (wie SiO2, AI2O3), temperaturbeständige Elastomere oder eine Labyrinth-Dichtung mit entsprechend kleinen Kanälen (Spaltmaßen).The seal can in particular be a high-temperature stable seal, for example made of graphite, felt, NBR (nitrile rubber), mica, ceramic fiber paper (such as SiO2, AI2O3), temperature-resistant elastomers or a labyrinth seal with correspondingly small channels (gap dimensions).

Gemäß einer Ausgestaltung kann zwischen Brenner und Flammensperre auf der der Brennertür abgewandten Seite eine dichtende Verbindung ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise (bei einem Brenner mit Zylinderform) ein gemeinsamer Deckel von Flammensperre und Brennerkörper an dem die Mantelflächen (der Zylinderform) von Brenner und Flammensperre angeordnet sind. Alternativ können die Mantelflächen von Brenner und Flammensperre auch separate Deckel aufweisen, die auch miteinander verbunden sein können, beispielsweis mit einer Fügetechnik, wie schrauben, schweißen oder nieten. Gleichfalls möglich wäre, dass ein Deckel des Brenners einen Kragen (beispielsweises mittel Schweißen mit dem Deckel verbunden) zur Verbindung mit der Flammensperre vorgesehen ist.According to one embodiment, a sealing connection can be formed between the burner and the flame arrester on the side facing away from the burner door. For this purpose, for example (in the case of a cylindrical burner), a common cover for the flame arrester and the burner body can be provided, on which the outer surfaces (of the cylindrical shape) of the burner and flame arrester are arranged. Alternatively, the outer surfaces of the burner and flame arrester can also have separate covers, which can also be connected to one another, for example using a joining technique such as screwing, welding or riveting. It would also be possible for a cover of the burner to be provided with a collar (for example connected to the cover by welding) for connection to the flame arrester.

Gemäß einer Ausgestaltung kann der Dichtbereich im Bereich der Durchströmungsöffnung der Brennertür ausgebildet sein. Bei einer Flammensperre mit einer Zylinderform könnte beispielsweise die Zylinderform der Flammensperre einen Außendurchmesser aufweisen, der unwesentlich kleiner als der Innendurchmesser der Durchströmungsöffnung ist, so dass die Flammensperre in die Durchströmungsöffnung im Rahmen einer Montage eingeschoben werden kann. Beispielsweise könnte in der Durchströmungsöffnung umlaufend eine Dichtung, beispielsweise ein Wellendichtring oder eine Stopfbuchsenpackung, angeordnet sein, die eine dichtende Verbindung von Brennertür und Flammensperre bewirken kann.According to one embodiment, the sealing area can be formed in the area of the flow opening of the burner door. In the case of a flame arrester with a cylindrical shape, for example, the cylindrical shape of the flame arrester could have an outer diameter that is insignificantly smaller than the inner diameter of the flow opening, so that the flame arrester can be pushed into the flow opening during assembly. For example, a seal, for example a shaft seal or a stuffing box packing, could be arranged all around the flow opening, which can create a sealing connection between the burner door and the flame arrester.

Eine Stopfbuchsenpackung (auch als Stopfbuchse bezeichnet) bezeichnet eine Dichtung, die durch eine mechanische Einwirkung bei einer Montage (einem Einschieben der Flammensperre in die Durchströmungsöffnung) gestaucht wird und dadurch eine dichtende Verbindung ausbildet. Die mechanische Einwirkung könnten insbesondere in einer in axialer Richtung wirkenden Kraft bei der Montage bestehen, beispielsweise durch ein Befestigen (Verschrauben) des Brenners an der Brennertür. Zur Verbesserung der Dichtwirkung kann im Bereich der Stauchung zusätzlich ein O-Ring eingebracht werden. Der O-Ring kann insbesondere beim Befestigen des Brenners (beispielsweise mittels Brennerflansch) die Stopfbuchse komprimieren und mit hoher Sicherheit eine dichte Verbindung herstellen.A stuffing box packing (also known as a gland) is a seal that is compressed by a mechanical effect during assembly (inserting the flame arrester into the flow opening) and thereby forms a tight connection. The mechanical effect could consist in particular of a force acting in the axial direction during assembly, for example by fastening (screwing) the burner to the burner door. To improve the sealing effect, an O-ring can also be inserted in the area of the compression. The O-ring can compress the stuffing box, particularly when fastening the burner (for example using a burner flange), and create a tight connection with a high degree of reliability.

Gemäß einer Ausgestaltung kann in der Brennertür auch eine Nut vorgesehen sein, beispielsweise mit einem Radius größer der Durchströmungsöffnung konzentrisch zu dieser. Die Flammensperre kann bei der Montage in die Nut eingeschoben werden und dort einen Dichtbereich ausbilden. Hierzu kann kumulativ in der Nut eine Dichtung angeordnet sein, jedoch ist auch ohne Dichtung eine ausreichende Dichtwirkung erreichbar. Vorteilhaft ist ein Dichtbereich in Form einer Labyrinth-Dichtung ausgebildet von Flammensperre und einer Ausformung (wie eine Nut) in der Brennertür ausreichend dicht für eine Wasserstoffflamme, wobei keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind (die auch bei einer Montage vergessen werden könnten) und zudem eine statische Überbestimmtheit der Dichtverbindung vermieden werden kann.According to one embodiment, a groove can also be provided in the burner door, for example with a radius larger than the flow opening and concentric to it. The flame arrester can be pushed into the groove during assembly and form a sealing area there. For this purpose, a seal can be arranged cumulatively in the groove, but a sufficient sealing effect can also be achieved without a seal. A sealing area in the form of a labyrinth seal formed by the flame arrester and a formation (such as a groove) in the burner door is advantageously sufficiently tight for a hydrogen flame, whereby no additional components are necessary (which could also be forgotten during assembly) and static overdetermination of the sealing connection can also be avoided.

Gemäß einer Ausgestaltung können Brenner und Flammensperre als eine Einheit ausgeführt sein. Hierzu können diese verbunden sein, so dass im Rahmen der Montage in die Brennertür vorteilhaft nur noch ein Bauteil zu montieren ist. Besonders vorteilhaft kann in dieser Ausführung auch sichergestellt werden, dass eine Montage ohne Flammensperre (die erhebliche Sicherheitsrisiken mit sich bringen kann) vermieden werden kann.According to one embodiment, the burner and flame arrester can be designed as a single unit. For this purpose, they can be connected so that only one component needs to be installed in the burner door during installation. This design can also ensure that installation without a flame arrester is possible. (which can pose significant safety risks) can be avoided.

Nach einem weiteren Aspekt wird auch eine Anordnung von einem Brenner und einer Flammensperre vorgeschlagen, wobei der Brenner und Flammensperre verbunden sind und der Brenner einen Befestigungsbereich zur Befestigung an einer Brennertür eines Heizgerätes aufweist und die Flammensperre, in einem Zustand, in dem der Brenner an einer Brennertür befestigt ist, dazu ausgebildet ist, einen Dichtbereich mit der Brennertür auszubilden. Hierzu kann insbesondere bei einem Brenner in Zylinderform eine gleichfalls zylinderförmige Flammensperre länger als der Brenner selbst ausgebildet sein, so dass die Flammensperre in die Durchströmungsöffnung oder eine Nut der Brennertür als Dichtbereich eingreifen kann. Insbesondere können Flammensperre und Brennertür einen von der Brennerdichtung (Dichtung zwischen Brenner und Brennertür) unabhängigen Dichtbereich ausbilden. Dieser unabhängige Dichtbereich kann insbesondere (in einer Durchströmungsrichtung des Heizgerätes gesehen) stromaufwärts der Brennerdichtung angeordnet sein.According to a further aspect, an arrangement of a burner and a flame arrester is also proposed, wherein the burner and flame arrester are connected and the burner has a fastening area for fastening to a burner door of a heater and the flame arrester, in a state in which the burner is fastened to a burner door, is designed to form a sealing area with the burner door. For this purpose, in particular in the case of a cylindrical burner, a likewise cylindrical flame arrester can be designed to be longer than the burner itself, so that the flame arrester can engage in the flow opening or a groove of the burner door as a sealing area. In particular, the flame arrester and burner door can form a sealing area that is independent of the burner seal (seal between the burner and the burner door). This independent sealing area can in particular be arranged upstream of the burner seal (seen in a flow direction of the heater).

Nach einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer Dichtung zur dichtenden Verbindung einer Brennertür und einer Flammensperre vorgeschlagen.According to a further aspect, the use of a seal for sealingly connecting a burner door and a flame arrester is proposed.

Die im Zusammenhang mit dem Heizgerät erörterten Details, Merkmale und vorteilhaften Ausgestaltungen können entsprechend auch bei der hier vorgestellten Anordnung sowie der Verwendung auftreten und umgekehrt. Insoweit wird auf die dortigen Ausführungen zur näheren Charakterisierung der Merkmale vollumfänglich Bezug genommen.The details, features and advantageous embodiments discussed in connection with the heater can also occur in the arrangement and use presented here and vice versa. In this respect, full reference is made to the explanations there for a more detailed characterization of the features.

Hier werden somit ein Heizgerät, eine Anordnung von einem Brenner und einer Flammensperre und eine Verwendung angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Heizgerät, die Anordnung sowie die Verwendung zumindest dazu bei, Flammenrückschläge zu verhindern.A heating device, an arrangement of a burner and a flame arrester and a use are therefore specified here, which at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, the heating device, the arrangement and the use at least contribute to preventing flashbacks.

Zudem erfordert die Erfindung nur geringe bauliche Änderungen an einem Heizgerät und ist auf einfache Weise in einen bestehenden Produktionsprozess integrierbar.In addition, the invention requires only minor structural changes to a heater and can be easily integrated into an existing production process.

Mit der hier vorgeschlagenen Lösung wird insbesondere eine zweite Dichtungsebene geschaffen, damit Brennerdichtung und Flammensperrendichtung unabhängig voneinander sind und ein redundantes System bilden, das die Sicherheit erhöht.In particular, the solution proposed here creates a second sealing level so that the burner seal and the flame arrester seal are independent of each other and form a redundant system that increases safety.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

1: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät,
2: eine hier vorgeschlagene Anordnung eines Brenners und einer Flammensperre, und
3: eine alternative Ausgestaltung einer hier vorgeschlagenen Anordnung eines Brenners und einer Flammensperre.

The invention and the technical environment are explained in more detail below with reference to the attached figures. It should be noted that the invention is not intended to be limited by the exemplary embodiments given. In particular, unless explicitly stated otherwise, it is also possible to extract partial aspects of the facts explained in the figures and combine them with other components and findings from the present description. In particular, it should be noted that the figures and in particular the size relationships shown are only schematic. They show:

1 : a heater proposed here,
2 : an arrangement of a burner and a flame arrester proposed here, and
3 : an alternative embodiment of the arrangement of a burner and a flame arrester proposed here.

1 zeigt beispielhaft und schematisch ein hier vorgeschlagenes Heizgerät 1. Dieses kann einen in einer Brennkammer 8 angeordneten Brenner 3 umfassen. Über eine Zuführung Verbrennungsluft 4 kann Verbrennungsluft durch eine Fördereinrichtung 2, insbesondere als Gebläse ausgebildet, angesaugt werden. Die Fördereinrichtung 2 kann mit einer Drehzahlreglung 6 verbunden sein, die mittels eines pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals eine Drehzahl n der Fördereinrichtung 2 regeln kann. Ein Gasventil 5 kann dem angesaugten Luftmassenstrom Verbrennungsluft Brenngas aus einer Gaszuführung 14 zusetzen und ein Sicherheitsventil sowie ein Gasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Massestromes Brenngas umfassen. Das erzeugte Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 11 zum Brenner 3 strömen und dort von einer Zündeinrichtung entzündet werden. Bei der Verbrennung entstehende Wärme kann mittels eines Wärmetauschers 12 beispielsweise auf einen Wärmeträger eines Heizkreises übertragen werden. 1 shows, by way of example and schematically, a heating device 1 proposed here. This can comprise a burner 3 arranged in a combustion chamber 8. Combustion air can be sucked in by a conveying device 2, in particular designed as a fan, via a combustion air supply 4. The conveying device 2 can be connected to a speed controller 6, which can regulate a speed n of the conveying device 2 by means of a pulse width modulated (PWM) signal. A gas valve 5 can add fuel gas from a gas supply 14 to the sucked-in air mass flow of combustion air and comprise a safety valve and a gas control valve for controlling the mass flow of fuel gas to be added. The combustion mixture produced from fuel gas and combustion air can flow via a mixture channel 11 to the burner 3 and be ignited there by an ignition device. Heat generated during combustion can be transferred by means of a heat exchanger 12, for example to a heat carrier of a heating circuit.

Der Brenner 3 kann eine Zylinderform aufweisen, die mit einer Grundfläche an einer Brennertür 15 derart befestigt sein kann, dass Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal durch eine Durchströmungsöffnung 19 in einen im Brenner 3 angeordneten Brennerhohlraum 25 strömen kann. Die Verbrennungsprodukte können nach der Verbrennung über ein Abgasrohr 9 des Heizgerätes und eine Abgasanlage 10 nach Außen abgeleitet werden.The burner 3 can have a cylindrical shape, which can be attached with a base to a burner door 15 in such a way that combustion mixture can flow from the mixture channel through a flow opening 19 into a burner cavity 25 arranged in the burner 3. After combustion, the combustion products can be discharged to the outside via an exhaust pipe 9 of the heater and an exhaust system 10.

Das hier vorgeschlagenen Heizgerät 1 kann insbesondere zur Verbrennung von Wasserstoff eingerichtet sein. Zudem kann das Heizgerät 1 an/ bzw. in der Brennertür 15 eine (Vorrichtung zur) Flammenüberwachung 13 aufweisen, die hier als Sensor für von der Flamme emittierte UV- (Ultraviolett-) Strahlung ausgebildet sein kann.The heating device 1 proposed here can be designed in particular for the combustion of hydrogen. In addition, the heating device 1 can have a (device for) flame monitoring 13 on/or in the burner door 15, which here serves as a sensor for UV (ultraviolet) radiation emitted by the flame can be formed.

Ein Regel- und Steuergerät 7 kann zur Regelung des Heizgerätes 1 eingerichtet sein. Hierfür kann dieses beispielsweise mit der Drehzahlreglung 6, der Fördereinrichtung 2, dem Gasventil 5 und der Flammenüberwachung 13 (Internet) elektrisch verbunden sein.A control and regulating device 7 can be set up to regulate the heating device 1. For this purpose, it can be electrically connected, for example, to the speed control 6, the conveyor device 2, the gas valve 5 and the flame monitoring device 13 (Internet).

2 zeigt beispielhaft und schematisch eine hier vorgeschlagene Anordnung 16 von einem Brenner 3 und einer Flammensperre 18, die an einer Brennertür 15 befestigt sein kann. Zur Befestigung kann ein Flansch 22 vorgesehen sein, wobei zwischen Flansch 22 und Brennertür 15 eine Brennerdichtung 23 ein Austreten von Verbrennungsgemisch aus dem Verbindungsbereich zwischen Brenner 3 und Brennertür 15 verhindern kann. Der Brenner 3 kann eine Zylinderform aufweisen, wobei die Mantelfläche des Zylinders als Lochblech 17 ausgebildet sein kann. Im Brennerhohlraum 25 kann eine Flammensperre 18 angeordnet sein, die gleichfalls eine Zylinderform aufweisen kann und konzentrisch und beabstandet zu dem Brenner 3 bzw. dessen Lochblech 17 angeordnet sein kann. Der Brennerhohlraum 25 kann über eine Durchströmungsöffnung 19 der Brennertür 15 mit dem Gemischkanal 11 verbunden sein, so dass Verbrennungsgemisch in einer Strömungsrichtung 24 vom Gemischkanal 11 durch die Durchströmungsöffnung 19 in den Brennerhohlraum 25 strömen kann und nach einem Durchdringen der Flammensperre 18 durch das Lochblech 17 austreten und verbrennen kann. 2 shows, by way of example and schematically, an arrangement 16 proposed here of a burner 3 and a flame arrester 18, which can be fastened to a burner door 15. A flange 22 can be provided for fastening, whereby a burner seal 23 between flange 22 and burner door 15 can prevent combustion mixture from escaping from the connection area between burner 3 and burner door 15. Burner 3 can have a cylindrical shape, whereby the outer surface of the cylinder can be designed as a perforated plate 17. A flame arrester 18 can be arranged in the burner cavity 25, which can also have a cylindrical shape and can be arranged concentrically and at a distance from burner 3 or its perforated plate 17. The burner cavity 25 can be connected to the mixture channel 11 via a flow opening 19 of the burner door 15, so that combustion mixture can flow in a flow direction 24 from the mixture channel 11 through the flow opening 19 into the burner cavity 25 and, after penetrating the flame arrester 18, can exit through the perforated plate 17 and burn.

Die Flammensperre 18 kann dabei in die Durchströmungsöffnung 19 hineinragen und dort einen Dichtbereich 26 umfassend eine Dichtung 20 bilden. In der 3 kann die Dichtung 20 beispielsweise einen Wellendichtring oder eine Stopfbuchsenpackung sein. Durch eine vorhandene mechanische Stabilität der Flammensperre 18 kann sich ein ausreichender Anpressdruck auf die Dichtung 20 ausbilden, so dass sich bei einem Einschieben der Flammensperre 18 in die Durchströmungsöffnung 19 eine dichtende Verbindung zwischen Flammensperre 18 und Brennertür 15 bzw. der Durchströmungsöffnung 19 einstellen kann. Zusätzlich kann ein O-Ring 27 vorgesehen sein, der bei der Befestigung des Flansches 22 des Brenners 3 an der Brennertür 15 eine als Stopfbuchse ausgebildete Dichtung 20 zusätzlich komprimiert.The flame arrester 18 can extend into the flow opening 19 and form a sealing area 26 comprising a seal 20. In the 3 the seal 20 can be, for example, a shaft seal ring or a stuffing box packing. Due to the existing mechanical stability of the flame arrester 18, sufficient contact pressure can be formed on the seal 20 so that when the flame arrester 18 is pushed into the flow opening 19, a sealing connection can be established between the flame arrester 18 and the burner door 15 or the flow opening 19. In addition, an O-ring 27 can be provided which additionally compresses a seal 20 designed as a stuffing box when the flange 22 of the burner 3 is attached to the burner door 15.

3 zeigt gleichfalls beispielhaft und schematisch eine alternative Ausgestaltung der Anordnung 16 von Flammensperre 18 und Brenner 3, wobei in der Brennertür 15 auf der, der Brennkammer 8 zugewandten Seite eine Nut 21 konzentrisch und beabstandet zur Durchströmungsöffnung 19 angeordnet sein kann. In diese Nut 21 kann die Flammensperre 18 eingreifen und einen Dichtbereich 26 ausbilden. Vorteilhaft kann so auf einfache Weise ein Dichtbereich 26 mit ausreichender Dichtheit ausgebildet werden, von der zudem keine (signifikanten) Kräfte (unmittelbar) auf die Flammensperre 18 einwirken können. 3 also shows, by way of example and schematically, an alternative embodiment of the arrangement 16 of flame arrester 18 and burner 3, wherein a groove 21 can be arranged concentrically and at a distance from the flow opening 19 in the burner door 15 on the side facing the combustion chamber 8. The flame arrester 18 can engage in this groove 21 and form a sealing area 26. Advantageously, a sealing area 26 with sufficient tightness can be formed in this way in a simple manner, from which no (significant) forces can act (directly) on the flame arrester 18.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Heizgerätheater
22: FördereinrichtungConveyor system
33: Brennerburner
44: Zuführung VerbrennungsluftCombustion air supply
55: GasventilGas valve
66: DrehzahlregelungSpeed control
77: Regel- und SteuergerätControl and regulation device
88th: BrennkammerCombustion chamber
99: AbgasrohrExhaust pipe
1010: AbgasanlageExhaust system
1111: GemischkanalMixture channel
1212: WärmetauscherHeat exchanger
1313: FlammenüberwachungFlame monitoring
1414: GaszuführungGas supply
1515: BrennertürBurner door
1616: Anordnung von Brenner und FlammensperreArrangement of burner and flame arrester
1717: LochblechPerforated sheet
1818: FlammensperreFlame arrester
1919: DurchströmungsöffnungFlow opening
2020: Dichtungpoetry
2121: NutGroove
2222: Flanschflange
2323: BrennerdichtungBurner seal
2424: StrömungsrichtungFlow direction
2525: BrennerhohlraumBurner cavity
2626: DichtbereichSealing area
2727: O-RingO-ring

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 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 accepts no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 3974719 A1 [0005]

Claims

Heating device (1), comprising a burner (3) arranged on a burner door (15), which comprises a flame arrester (18) which is designed such that it forms a sealing region (26) with the burner door (15).

Heater (1) after Claim 1 , wherein the sealing region (26) is formed in a flow opening (19) of the burner door (15).

Heater (1) after Claim 2 , wherein the sealing region has a seal (20).

Heater (1) after Claim 1 , wherein the seal (20) is a stuffing box packing or a shaft sealing ring.

Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein a groove (21) is provided in the burner door (15) into which the flame arrester (18) engages.

Heater (1) after Claim 5 , wherein the groove (21) in the burner door (15) is shaped such that it forms a labyrinth seal with the flame arrester (18).

Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the burner (3) and flame arrester (18) are formed as a unit.

Heating device (1) according to one of the preceding claims, wherein the burner (3) has a cylindrical shape and is arranged with a base side on the burner door (15).

Arrangement (16) of a burner (3) and a flame arrester (18), wherein the burner (3) and the flame arrester (18) are connected and the burner (3) has a fastening area for fastening to a burner door (15) of a heating device (1) and the flame arrester (18), in a state in which the burner (3) is fastened to a burner door (15), is aligned to form a sealing area (26) with the burner door (15).

Arrangement (16) according to Claim 9 , wherein the sealing region (26) has a seal.

Use of a sealing area (26) formed by a flame arrester (18) and a burner door (15) for the sealing connection of a burner door (15) and a flame arrester (18).