DE102022212226A1

DE102022212226A1 - Brenner

Info

Publication number: DE102022212226A1
Application number: DE102022212226.7A
Authority: DE
Inventors: Sipco Max Hijenga; Danny Leerkes
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-05-23

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Brenner (10) für eine Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs, insbesondere eines Wasserstoff-Luft-Gemischs, mit einer Brenneroberfläche (100) zur Ausbildung von Flammen der Verbrennung. Es wird vorgeschlagen, dass die Brenneroberfläche (100) zumindest zwei perforierte Zonen (102, 104) mit jeweils einer Vielzahl eng beabstandeter Perforationen (P) zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs sowie zumindest zwei unperforierte Zonen (108) mit einer geschlossenen Oberfläche aufweist. Dabei bilden die perforierten Zonen (102, 104) eine netzartig zusammenhängende Struktur aus, während die unperforierten Zonen (108) inselartig zwischen und/oder neben den perforierten Zonen (102, 104) ausgebildet sind.

Description

Stand der Technik
Aus der WO2021/140036 A1 ist ein Gasbrenner mit einer Brenneroberfläche bekannt, bei der perforierte Oberflächenabschnitte inselartig über die Brenneroberfläche verteilt angeordnet und durch eine Trennfläche voneinander getrennt sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Brenner mit einer verbesserten Brenneroberfläche bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Brenner für eine Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs, insbesondere eines Wasserstoff-Luft-Gemischs, mit einer Brenneroberfläche zur Ausbildung von Flammen der Verbrennung.
Es wird vorgeschlagen, dass die Brenneroberfläche zumindest zwei perforierte Zonen mit jeweils einer Vielzahl eng beabstandeter Perforationen zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs sowie zumindest zwei unperforierte Zonen mit einer geschlossenen Oberfläche aufweist. Dabei bilden die perforierten Zonen eine netzartig zusammenhängende Struktur aus, während die unperforierten Zonen inselartig zwischen und/oder neben den perforierten Zonen ausgebildet sind.
Unter einem Brenner soll hier insbesondere ein zylindrischer Brennstab oder ein ebener oder gewölbter Flächenbrenner verstanden werden, insbesondere für den vollvorgemischten Feuerungsbetrieb. Unter einer Brenneroberfläche soll hier insbesondere eine dünnwandige, flächige Struktur verstanden werden, an der sich Flammen einer Verbrennung ausbilden und räumlich stabilisieren können. Die Brenneroberfläche kann insbesondere eben, gewölbt, oder zylindrisch ausgebildet und/oder aus Blech gefertigt sein. Unter einer Perforation soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine lochförmige oder schlitzförmige Durchgangsöffnung in der Brenneroberfläche verstanden werden, durch die ein Brenngas oder ein Brenngas-Luft-Gemisch hindurchströmen kann. Unter einer perforierten Zone soll hier insbesondere ein aufgrund der Mehrzahl oder Vielzahl eng beabstandeter Perforationen optisch klar von einer unperforierten Zone unterscheidbarer Bereich verstanden werden. Die jeweils eng von ihrer direkten Nachbarperforation beabstandeten Perforationen einer perforierten Zone sind insbesondere mittels schmaler, in der Brenneroberfläche ausgebildeter Verbindungsstege miteinander verbunden. Dabei liegt das Maß einer Stegbreite des Verbindungsstegs insbesondere etwa im Bereich einer Hälfte bis eines Dreifachen eines Lochdurchmessers beziehungsweise einer Schlitzbreite einer Perforation. Unter einer netzartig zusammenhängenden Struktur soll hier insbesondere eine zweidimensionale, in der Brenneroberfläche angeordnete, perforierte Struktur verstanden werden, die sich aus sich überschneidenden und/oder berührenden perforierten Zonen zusammensetzt. Insbesondere sind alle Perforationen der netzartig zusammenhängenden Struktur direkt oder indirekt (über zumindest eine weitere Perforation) mit jeder anderen Perforation der selben Struktur, verbunden mittels der genannten Verbindungsstege, zueinander benachbart. Unter zweidimensional soll hier insbesondere in einer planen, gewölbten oder zylindrischen Ebene liegend verstanden werden. Unter einer geschlossenen Oberfläche soll hier insbesondere eine nicht perforierte, für das Brenngas-Luft-Gemisch undurchlässige Oberfläche der Brenneroberfläche verstanden werden, an der sich - mangels Durchgangsöffnungen - keine Flammen ausbilden und stabilisieren können.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann der Brenner, insbesondere bei der Verbrennung von Wasserstoff, besonders sicher betrieben werden. Die Flammen bilden im Betrieb einen einerseits räumlich auseinander gezogenen, andererseits aber auch einen zusammenhängenden Flammenteppich an der Brenneroberfläche aus. Gegenüber einer vollflächig perforierten Brenneroberfläche sind die Flammenstabilität besser und das Risiko eines Flammenrückschlags geringer. Weiter sind die spezifische thermische Flächenbelastung der Brenneroberfläche und die Stickoxidentwicklung niedriger. Die Flammen auf der netzartig zusammenhängenden perforierten Struktur zünden wie auf einer kompakten Brennerfläche. Gegenüber Brenneroberflächen mit inselartig voneinander getrennten perforierten Oberflächenabschnitten, wo die Flammen von Insel zu Insel überspringen müssen, ist ein Überzündverhalten entlang des perforierten Netzes mit den eng beabstandeten Perforationen schneller; ein Risiko eines verzögerten Überzündens ist so geringer. Auch eine Flammenüberwachung ist wegen der zusammenhängenden Flammenbereiche einfacher und sicherer, weil ein Flammensensor einfacher und sicherer auszurichten ist. Eine Flammenzündung erfolgt in aller Regel an einer Zündstelle der Brenneroberfläche, insbesondere mittels eines Zündfunkens oder einer Zündflamme. Unter einem Überzündverhalten soll hier insbesondere die schnelle und zuverlässige Ausbreitung der Flamme von der Zündstelle zu den benachbarten Perforationen und über das gesamte Perforationsnetz verstanden werden. Ein solcher Brenner kann leicht an Geometrien vorhandener Brennervorrichtungen und Wärmeübertrager angepasst werden, ohne dass an diesen nennenswerte Geometrieänderungen vorgenommen werden müssen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die perforierten Zonen streifenförmig ausgebildet und weisen eine Streifenfläche auf, wobei die Streifenform eine Längsachse der perforierten Zone definiert. Jede perforierte Zone schneidet oder berührt eine andere perforierte Zone unter einem Winkel ihrer Längsachsen im Bereich 20 Grad bis 160 Grad, bevorzugt im Bereich 60 Grad bis 120 Grad, besonders bevorzugt mit 90 Grad, so dass die sich schneidenden oder berührenden perforierten Zonen eine gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen und/oder direkt aneinander angrenzen.
Ein solches Perforationsnetz bietet gute Verbrennungseigenschaften und ist einfach zu fertigen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die perforierten Zonen streifenförmig mit einer ersten Länge und einer ersten Breite ausgebildet, wobei ein erstes Längen/Breiten-Verhältnis der ersten Länge zur ersten Breite im Bereich 5 bis 50, bevorzugt im Bereich 10 bis 20, liegt.
Dabei sollen die äußeren Grenzen (Länge, Breite, Gesamtfläche) der perforierten Zonen insbesondere durch Tangenten an die äußeren Perforationen definiert sein.
Diese Abmessungen zeigen einen guten Kompromiss in der Geometrie der perforierten Zonen hinsichtlich ihrer Fläche, ihrer Netzlänge und ihres Überzündverhaltens.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegen längs der ersten Breite zwei bis 15 Perforationen, bevorzugt vier bis zehn Perforationen, besonders bevorzugt fünf oder sechs Perforationen nebeneinander.
Die Perforationen sind beispielsweise entlang einer ersten Linie angeordnet. Die Perforationen entlang einer zweiten, direkt benachbarten Linie können gegenüber denen der ersten Linie auf Lücke versetzt angeordnet sein, wodurch die Packungsdichte der Perforationen erhöht ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Flächenverhältnis der zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs offenen Durchtrittsflächen der Perforationen zur Gesamtfläche der perforierten Zone bei kleiner oder gleich 0,3, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2, und liegt besonders bevorzugt bei 0,15 bis 0,2. Damit ergibt sich eine Brenneroberfläche mit stabilen Flammen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt ein Durchmesser einer lochförmigen, insbesondere kreislochförmigen, Perforation und/oder eine Breite einer schlitzförmigen Perforation im Bereich 0,4 Millimeter bis 0,6 Millimeter, bevorzugt bei 0,5 Millimeter. Ein Lochabstand (gemessen von Perforationsmitte zu Perforationsmitte) zwischen je zwei Perforationen einer perforierten Zone liegt im Bereich 0,7 Millimeter bis 1,1 Millimeter, bevorzugt im Bereich 0,8 Millimeter bis 1,0 Millimeter.
Diese Abmessungen zeigen einen guten Kompromiss in der Geometrie der perforierten Zonen hinsichtlich ihres Überzündverhaltens und ihrer Flammenstabilität. Insbesondere ist aufgrund der Geometrie der perforierten Zonen, namentlich der Geometrie der einzelnen Perforationen, eine Ausströmgeschwindigkeit des zur Verbrennung kommenden Brenngas-Luft-Gemischs erhöht und ein Risiko hinsichtlich Flammenrückschlag minimiert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eine, vorzugsweise alle, unperforierte Zone eine zweite Länge und eine zweite Breite auf, wobei ein zweites Längen/Breiten-Verhältnis der zweiten Länge zur zweiten Breite im Bereich 1 bis 5, bevorzugt im Bereich 1 bis 2, liegt.
Unter einer „zweiten Breite“ soll immer die kürzere Abmessung der unperforierten Zone verstanden werden; die zweite Breite ist immer kürzer als die zweite Länge.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt ein Breitenverhältnis der zweiten Breite der unperforierten Zone zur ersten Breite der perforierten Zone im Bereich 1 bis 15, bevorzugt im Bereich 3 bis 6, liegt.
Diese Abmessungen zeigen einen guten Kompromiss in der relativen Geometrie der perforierten Zonen hinsichtlich ihrer Fläche, ihrer Netzlänge und ihres Überzündverhaltens.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mit einer zylindrischen Brenneroberfläche mit einem Umfang U und einer Länge LZ, sind zumindest eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einer Umfangsrichtung um die Brenneroberfläche umlaufende, erste perforierte Zone und zumindest eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einer Längsrichtung über die Länge der Brenneroberfläche sich erstreckende, zweite perforierte Zone so angeordnet, dass die erste perforierte Zone und die zweite perforierte Zone sich schneiden oder berühren und eine gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen und/oder direkt aneinander angrenzen.
Beispielsweise sind genau eine vollständig in einer Umfangsrichtung um die Brenneroberfläche umlaufende, erste perforierte Zone und vier zumindest teilweise in einer Längsrichtung über die Länge der Brenneroberfläche sich erstreckende, zweite perforierte Zonen so angeordnet, dass die erste perforierte Zone und die vier zweiten perforierten Zonen sich schneiden und gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mit einer zylindrischen Brenneroberfläche mit einem Umfang U und einer Länge LZ, sind eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, über eine erste Schraubenlinienlänge längs einer ersten Schraubenlinie um die Brenneroberfläche sich erstreckende, erste perforierte Zone und/oder eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, über eine zweite Schraubenlinienlänge längs einer die erste Schraubenlinie kreuzenden zweiten Schraubenlinie sich erstreckende, zweite perforierte Zone so angeordnet, dass die erste perforierte Zone und die zweite perforierte Zone sich schneiden oder berühren und eine gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen und/oder direkt aneinander angrenzen. Aufgrund der gemeinsamen perforierten Teilflächen und/oder der sich berührenden perforierten Zonen ist ein Überzünden von einer perforierten Zone zu einer anderen perforierten Zone gewährleistet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mit einer ebenen oder, insbesondere einfach, gewölbten Brenneroberfläche mit einer dritten Länge und einer dritten Breite, sind zumindest eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einer Längsrichtung über die Länge der Brenneroberfläche sich erstreckende, erste perforierte Zone und zumindest eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einer Breitenrichtung über die Breite der Brenneroberfläche sich erstreckende, zweite perforierte Zone so angeordnet, dass die erste perforierte Zone und die zweite perforierte Zone sich schneiden oder berühren und eine gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen und/oder direkt aneinander angrenzen.
Unter einer einfach gewölbten Brenneroberfläche soll hier eine um eine Achse gewölbte, insbesondere rechteckige, Brenneroberfläche verstanden werden.
Alternativ kann die Brenneroberfläche auch halbkugelförmig gewölbt ausgebildet sein.
Beispielsweise sind zwei vollständig in einer Längsrichtung über die Länge der Brenneroberfläche sich erstreckende, erste perforierte Zonen und drei vollständig in einer Breitenrichtung über die Breite der Brenneroberfläche sich erstreckende, zweite perforierte Zonen so angeordnet, dass die ersten perforierten Zonen und die vier zweiten perforierten Zonen sich schneiden und gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen. Beispielsweise können die beiden ersten perforierten Zonen streifenförmig ausgebildet sein und parallel zueinander verlaufen, und können die drei zweiten perforierten Zonen streifenförmig ausgebildet sein und quer zu den ersten perforierten Zonen verlaufen. Aufgrund der gemeinsamen perforierten Teilflächen ist ein Überzünden von einer perforierten Zone zu einer anderen perforierten Zone gewährleistet.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mit einer ebenen oder, insbesondere einfach, gewölbten Brenneroberfläche mit einer dritten Länge und einer dritten Breite, sind zumindest eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einer ersten Schrägrichtung über die erste Schräge der Brenneroberfläche sich erstreckende, erste perforierte Zone und zumindest eine, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einer die erste Schrägrichtung kreuzenden zweiten Schrägrichtung über die zweite Schräge der Brenneroberfläche sich erstreckende, zweite perforierte Zone so angeordnet, dass die erste perforierte Zone und die zweite perforierte Zone sich schneiden oder berühren und eine gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen und/oder direkt aneinander angrenzen.
Unter einer Schrägrichtung soll hier insbesondere eine Richtung verstanden werden, die nicht parallel zu der Längsrichtung und/oder Breitenrichtung der Brenneroberfläche verläuft. Unter einer Schrägrichtung soll hier insbesondere eine Diagonale oder Diagonalrichtung über die Brenneroberfläche verstanden werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung mit einer halbkugelförmig gewölbten Brenneroberfläche sind in zumindest einer Kugelzone eine erste perforierte Zone und entlang zumindest eines Längenkreises eine zweite perforierte Zone angeordnet, so dass die erste perforierte Zone und die zweite perforierte Zone sich schneiden oder berühren und eine gemeinsame perforierte Teilfläche aufweisen und/oder direkt aneinander angrenzen.
Unter einer Kugelzone soll hier insbesondere ein gekrümmter Teil einer Oberfläche einer Kugelschicht verstanden werden. Unter einem Längenkreis soll hier insbesondere eine Linie vom Pol der Halbkugel zum Äquator verstanden werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist ein Flächenanteil der zumindest zwei perforierten Zonen an der Brenneroberfläche kleiner oder gleich 0,5, bevorzugt kleiner oder gleich 0,25, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,1.
Diese Abmessungen zeigen einen guten Kompromiss in der Geometrie der Brenneroberfläche hinsichtlich ihrer Flammenstabilität. Insbesondere ist aufgrund der Geometrie der Brenneroberfläche, namentlich des Flächenanteils der perforierten Zonen, eine Ausströmgeschwindigkeit des zur Verbrennung kommenden Brenngas-Luft-Gemischs erhöht und ein Risiko hinsichtlich Flammenrückschlag minimiert.
Es wird weiter eine Brennervorrichtung zur Wärmeerzeugung mittels einer Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs, insbesondere eines Wasserstoff-Luft-Gemischs, vorgeschlagen, wobei die Brennervorrichtung einen Brenner gemäß einer der vorstehenden Beschreibungen umfasst.
Unter einer Brennervorrichtung soll hier insbesondere eine komplexe Vorrichtung zum Zünden und Verbrennen eines Brenngas-Luft-Gemischs sowie zum Überwachen und Steuern und/oder Regeln der Verbrennung verstanden werden. Neben dem Brenner in Form eines Brennstabs oder einer ebenen oder gewölbten Brenneroberfläche kann der Brenner insbesondere einen Brenngasanschluss, einen Luftanschluss, ein Gebläse, eine Zündeinrichtung, eine Flammenüberwachungseinrichtung sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung umfassen.
Zeichnung
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind 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 zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines ersten zylindrischen Brenners
2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten zylindrischen Brenners
3 eine Draufsicht auf eine erste ebene Brenneroberfläche
4 eine Draufsicht auf eine zweite ebene Brenneroberfläche
5 eine Draufsicht auf eine dritte ebene Brenneroberfläche
6 eine Draufsicht auf eine vierte ebene Brenneroberfläche
7 eine Draufsicht auf eine fünfte ebene Brenneroberfläche
8 eine Draufsicht auf eine sechste ebene Brenneroberfläche
9 eine Draufsicht auf eine halbkugelförmige Brenneroberfläche
10 eine Draufsicht auf ein Detail einer perforierten Zone.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten zylindrischen Brenners 10. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten zylindrischen Brenners 10. Beide Brenner 10 sind als zylindrischer Brennstab ausgebildet und umfassen jeweils einen Brennstabflansch 12, eine zylindrische Brenneroberfläche 100 und einen Deckel 14. Der Brennstab 10 und die zylindrische Brenneroberfläche 100 weisen einen Umfang U und eine Länge LZ auf. Die Brenneroberfläche 100 weist eine dünnwandige, flächige Struktur, beispielsweise aus einem Metallblech gefertigt, auf, die einen Brennstabinnenraum begrenzt. Der Deckel 14 verschließt den Brennstabinnenraum auf der hier rechts dargestellten Seite. Der Flansch 12 ist zur Montage des Brenners 10 in einer Brennervorrichtung 1 als Kreisring ausgebildet und lässt einen (hier verdeckten) Einströmquerschnitt 16 für ein in den Brennstabinnenraum strömendes Brenngas-Luft-Gemisch offen. Das Brenngas-Luft-Gemisch kann durch Perforationen P in der Brenneroberfläche 100 aus dem Brennstabinnenraum herausströmen und an der Außenseite der Brenneroberfläche 100 gezündet und verbrannt werden.
Geeignete Spezifikationen eines 30-kW-Brenners sind beispielsweise ein Brennstabdurchmesser (gemessen im Bereich der Brenneroberfläche 100) im Bereich von 50 Millimeter bis 75 Millimeter, bevorzugt im Bereich von 55 bis 70 Millimeter; eine Brennstablänge LZ im Bereich von 75 Millimeter bis 125 Millimeter, bevorzugt von etwa 100 Millimeter; sowie etwa 2000 bis 3000 kreislochförmige Perforationen P mit einem Durchmesser von 0,5 Millimeter bei einem Lochabstand von 0,8 Millimeter bis 1,0 Millimeter.
1 zeigt eine zylindrische Brenneroberfläche 100, die eine in einer Umfangsrichtung U um die Brenneroberfläche 100 umlaufende, erste perforierte Zone 102 sowie zumindest zwei in einer Längsrichtung LZ über einen Teil der Brenneroberflächenlänge LZ sich erstreckende, zweite perforierte Zonen 104 aufweist. Die erste perforierte Zone 102 und die zweiten perforierten Zonen 104 überschneiden sich und weisen gemeinsame perforierte Teilflächen 106 auf.
2 zeigt eine zylindrische Brenneroberfläche 100, die zwei in einer Umfangsrichtung U um die Brenneroberfläche 100 umlaufende, erste perforierte Zonen 102 sowie zumindest zwei in einer Längsrichtung LZ über einen Teil der Brenneroberflächenlänge LZ sich erstreckende, zweite perforierte Zonen 104 aufweist. Die ersten perforierten Zonen 102 und die zweiten perforierten Zonen 104 schneiden sich und weisen gemeinsame perforierte Teilflächen 106 auf.
3 zeigt eine Draufsicht auf eine erste ebene Brenneroberfläche 100. Die Brenneroberfläche 100 weist zwei perforierte Zonen 102, 104 mit jeweils einer Vielzahl eng beabstandeter Perforationen P zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs sowie zwei unperforierte Zonen 108 mit einer geschlossenen Oberfläche auf. Die perforierten Zonen 102, 104 bilden eine netzartig zusammenhängende Struktur aus. Die unperforierten Zonen 108 (hier mittels einer gestrichelten Linie umrandet dargestellt) sind inselartig zwischen und/oder neben den perforierten Zonen 102, 104 ausgebildet.
Die perforierten Zonen 102, 104 sind streifenförmig mit einer ersten Länge LP und einer ersten Breite BP ausgebildet. Die Streifenform definiert eine Längsachse A der perforierten Zone 102, 104. Jede perforierte Zone 102, 104 schneidet oder berührt eine andere perforierte Zone 102, 104 unter einem Winkel W ihrer Längsachsen A, hier dargestellt mit einem Winkel W = 90 Grad. Die sich schneidenden beziehungsweise sich berührenden perforierten Zonen 102, 104 weisen eine gemeinsame perforierte Teilfläche 106 auf beziehungsweise grenzen unterbrechungsfrei direkt aneinander an.
Die unperforierten Zonen 108 weisen eine zweite Länge LU und eine zweite Breite BU auf.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite ebene Brenneroberfläche 100. Die Brenneroberfläche 100 weist fünf perforierte Zonen 102, 104 mit jeweils einer Vielzahl eng beabstandeter Perforationen P zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs sowie acht unperforierte Zonen 108 mit einer geschlossenen Oberfläche auf. Die perforierten Zonen 102, 104 bilden eine netzartig zusammenhängende Struktur aus. Acht unperforierte Zonen 108 sind inselartig zwischen und/oder neben den perforierten Zonen 102, 104 ausgebildet.
In einer Längsrichtung LE ist eine über die Länge LE der ebenen Brenneroberfläche sich erstreckende, erste perforierte Zone 102 ausgebildet. In einer Breitenrichtung BE sind vier über einen Teil der Breite BE der ebenen Brenneroberfläche sich erstreckende, zweite perforierte Zonen 104 ausgebildet. Indem die erste perforierte Zone 102 und die zweiten perforierten Zonen 104 sich schneiden und vier gemeinsame perforierte Teilflächen 106 aufweisen, bilden sie eine netzartig zusammenhängende Struktur aus.
Die ebene Brenneroberfläche 100 in 4 kann zu einer zylindrischen Brenneroberfläche 100 wie in 1 zusammengefügt werden.
5 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte ebene Brenneroberfläche 100. Die Brenneroberfläche 100 weist sechs perforierte Zonen 102, 104 mit jeweils einer Vielzahl eng beabstandeter Perforationen P zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs sowie zwölf unperforierte Zonen 108 mit einer geschlossenen Oberfläche auf. Die perforierten Zonen 102, 104 bilden eine netzartig zusammenhängende Struktur aus. Die unperforierten Zonen 108 sind inselartig zwischen und/oder neben den perforierten Zonen 102, 104 ausgebildet.
In einer Längsrichtung LE sind zwei über die Länge LE der Brenneroberfläche 100 sich erstreckende, erste perforierte Zonen 102 ausgebildet. In einer Breitenrichtung BE sind vier über einen Teil der Breite BE der Brenneroberfläche 100 sich erstreckende, zweite perforierte Zonen 104 ausgebildet. Indem die ersten perforierten Zonen 102 und die zweiten perforierten Zonen 104 sich schneiden und acht gemeinsame perforierte Teilflächen 106 aufweisen, bilden sie eine netzartig zusammenhängende Struktur aus. Zwischen und/oder neben den perforierten Zonen 102, 104 sind inselartig zwölf unperforierten Zonen 108 ausgebildet.
Die ebene Brenneroberfläche 100 in 5 kann zu einer zylindrischen Brenneroberfläche 100 wie in 2 zusammengefügt werden.
6 zeigt eine Draufsicht auf eine vierte ebene Brenneroberfläche 100. In einer Längsrichtung LE ist eine über die Länge LE der Brenneroberfläche 100 sich erstreckende, erste perforierte Zone 102 ausgebildet. In einer Schrägrichtung unter dem Winkel W zur Längsachse A der ersten perforierten Zone 102 erstrecken sich sieben zweite perforierte Zonen 104 über einen Teil einer Schräge der Brenneroberfläche 100. Indem die erste perforierte Zone 102 und die zweiten perforierten Zonen 104 sich schneiden und gemeinsame perforierte Teilflächen 106 aufweisen, bilden sie eine netzartig zusammenhängende Struktur aus. Zwischen und/oder neben den perforierten Zonen 102, 104 sind inselartig zwölf unperforierten Zonen 108 ausgebildet.
7 zeigt eine Draufsicht auf eine fünfte ebene Brenneroberfläche 100. Die streifenförmigen perforierten Zonen 102, 104 sind im Zickzackmuster über der Brenneroberfläche 100 angeordnet und bilden eine netzartig zusammenhängende Struktur aus, wobei die Streifen sich unter einem Winkel W ihrer Längsachsen A schneiden und gemeinsame perforierte Teilflächen 106 aufweisen. Die unperforierten Zonen 108 sind inselartig zwischen und/oder neben den perforierten Zonen 102, 104 ausgebildet.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine sechste ebene Brenneroberfläche 100. Zwischen und/oder neben den sich berührenden, achteckigen, parkettförmig angeordneten perforierten Zonen 102, 104, die eine netzartig zusammenhängende Struktur ausbilden, sind die unperforierten Zonen 108 inselartig ausgebildet.
Auch die ebenen Brenneroberflächen 100 der 6, 7 und 8 können zu gewölbten und/oder zylindrischen Brenneroberflächen 100 zusammengefügt werden.
9 zeigt eine Draufsicht auf eine halbkugelförmige Brenneroberfläche 100. Die Brenneroberfläche 100 weist zwei kugelzonenförmige erste perforierte Zonen 102 sowie zwei streifenförmige, entlang von Längenkreisen der Halbkugel ausgebildete zweite perforierte Zonen 104 auf. Die ersten und zweiten perforierten Zonen 102, 104 überschneiden sich in gemeinsamen perforierten Teilflächen 106 und bilden eine netzartig zusammenhängende Struktur aus. Zwischen und/oder neben den perforierten Zonen 102, 104 sind inselartig zwölf unperforierte Zonen 108 ausgebildet.
10 zeigt eine Draufsicht auf ein Detail einer perforierten Zone 102, 104, beispielsweise einer streifenförmigen perforierten Zone 102, 104, mit einer Vielzahl eng beabstandeter Perforationen P.
Quer zur Streifenlänge liegen 5 Perforationen P nebeneinander, von denen die zweite und vierte Perforation P zur ersten, dritten und fünften Perforation P auf Lücke versetzt angeordnet sind. Die jeweils in sich abgeschlossenen, eng von ihren direkten Nachbarperforationen beabstandeten Perforationen P sind insbesondere mittels schmaler Verbindungsstege S miteinander verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2021140036 A1 [0001]

Claims

Brenner (10) für eine Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs, insbesondere eines Wasserstoff-Luft-Gemischs, mit einer Brenneroberfläche (100) zur Ausbildung von Flammen der Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenneroberfläche (100) • zumindest zwei perforierte Zonen (102, 104) mit jeweils einer Vielzahl eng beabstandeter Perforationen (P) zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs sowie • zumindest zwei unperforierte Zonen (108) mit einer geschlossenen Oberfläche aufweist, • wobei die perforierten Zonen (102, 104) eine netzartig zusammenhängende Struktur ausbilden, • wobei die unperforierten Zonen (108) inselartig zwischen und/oder neben den perforierten Zonen (102, 104) ausgebildet sind.
Brenner (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierten Zonen (102, 104) streifenförmig mit einer ersten Länge (LP) und einer ersten Breite (BP) ausgebildet sind und eine Streifenfläche aufweisen, wobei die Streifenform eine Längsachse (A) der perforierten Zone definiert, wobei jede perforierte Zone (102, 104) eine andere perforierte Zone (102, 104) unter einem Winkel (W) ihrer Längsachsen (A) im Bereich 20 Grad bis 160 Grad, bevorzugt im Bereich 60 Grad bis 120 Grad, besonders bevorzugt mit 90 Grad, schneidet oder berührt, so dass die sich schneidenden oder sich berührenden perforierten Zonen (102, 104) eine gemeinsame perforierte Teilfläche (106) aufweisen und/oder direkt aneinander angrenzen.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierten Zonen (102, 104) streifenförmig mit einer ersten Länge (LP) und einer ersten Breite (BP) ausgebildet sind, wobei ein erstes Längen/Breiten-Verhältnis der ersten Länge (LP) zur ersten Breite (BP) im Bereich 5 bis 50, bevorzugt im Bereich 10 bis 20, liegt.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die perforierten Zonen (102, 104) streifenförmig mit einer ersten Länge (LP) und einer ersten Breite (BP) ausgebildet sind, wobei längs der ersten Breite (BP) zwei bis 15, bevorzugt vier bis zehn, besonders bevorzugt fünf oder sechs, Perforationen (P) nebeneinander liegen.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenverhältnis der zum Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemischs offenen Durchtrittsflächen der Perforationen (P) zur Gesamtfläche der perforierten Zone (102, 104) kleiner oder gleich 0,3, bevorzugt kleiner oder gleich 0,2, ist und besonders bevorzugt bei 0,15 bis 0,2, liegt.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser einer lochförmigen Perforation (P) und/oder eine Breite einer schlitzförmigen Perforation (P) im Bereich 0,4 Millimeter bis 0,6 Millimeter, bevorzugt bei 0,5 Millimeter, liegt, und dass ein Lochabstand zwischen je zwei Perforationen (P) im Bereich 0,7 Millimeter bis 1,1 Millimeter, bevorzugt im Bereich 0,8 Millimeter bis 1,0 Millimeter, liegt.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine unperforierte Zone (108) eine zweite Länge (LU) und eine zweite Breite (BU) aufweist, wobei ein zweites Längen/Breiten-Verhältnis der zweiten Länge (LU) zur zweiten Breite (BU) im Bereich 1 bis 5, bevorzugt im Bereich 1 bis 2, liegt.
Brenner (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Breitenverhältnis der zweiten Breite (BU) der unperforierten Zone (108) zur ersten Breite (BP) der perforierten Zone (102, 104) im Bereich 1 bis 15, bevorzugt im Bereich 3 bis 6, liegt.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer zylindrischen Brenneroberfläche (100) mit einem Umfang (U) und einer Länge (LZ), wobei • in einer Umfangsrichtung (U) zumindest eine, zumindest teilweise um die Brenneroberfläche (100) umlaufende, erste perforierte Zone (102) und • in einer Längsrichtung (LZ) zumindest eine, zumindest teilweise über die Länge (LZ) der Brenneroberfläche (100) sich erstreckende, zweite perforierte Zone (104) angeordnet sind, so dass die erste perforierte Zone (102) und die zweite perforierte Zone (104) sich schneiden und eine gemeinsame perforierte Teilfläche (106) aufweisen.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer zylindrischen Brenneroberfläche (100) mit einem Umfang (U) und einer Länge (LZ), wobei • längs einer ersten Schraubenlinie um die Brenneroberfläche (100) eine, zumindest teilweise über eine erste Schraubenlinienlänge sich erstreckende, erste perforierte Zone (102) und/oder • längs einer die erste Schraubenlinie kreuzenden zweiten Schraubenlinie eine, zumindest teilweise über eine zweite Schraubenlinienlänge sich erstreckende, zweite perforierte Zone (104) angeordnet sind, so dass die erste perforierte Zone (102) und die zweite perforierte Zone (104) sich schneiden und eine gemeinsame perforierte Teilfläche (106) aufweisen.
Brenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer ebenen oder gewölbten Brenneroberfläche (100) mit einer dritten Länge (LE) und einer dritten Breite (BE), wobei • in einer Längsrichtung (LE) zumindest eine, zumindest teilweise über die Länge (LE) der Brenneroberfläche (100) sich erstreckende, erste perforierte Zone (102) und • in einer Breitenrichtung (BE) zumindest eine, zumindest teilweise über die Breite (BE) der Brenneroberfläche (100) sich erstreckende, zweite perforierte Zone (104) angeordnet sind, so dass die erste perforierte Zone (102) und die zweite perforierte Zone (104) sich schneiden und eine gemeinsame perforierte Teilfläche (106) aufweisen.
Brenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 11, mit einer ebenen oder gewölbten Brenneroberfläche (100) mit einer dritten Länge (LE) und einer dritten Breite (BE), wobei • in einer ersten Schrägrichtung zumindest eine, zumindest teilweise über die erste Schräge der Brenneroberfläche (100) sich erstreckende, erste perforierte Zone (102) und • in einer die erste Schrägrichtung kreuzenden zweiten Schrägrichtung zumindest eine, zumindest teilweise über die zweite Schräge der Brenneroberfläche (100) sich erstreckende, zweite perforierte Zone (104) angeordnet sind, so dass die erste perforierte Zone (102) und die zweite perforierte Zone (104) sich schneiden und eine gemeinsame perforierte Teilfläche (106) aufweisen.
Brenner (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer halbkugelförmig gewölbten Brenneroberfläche (100), wobei • in zumindest einer Kugelzone eine erste perforierte Zone (102) und • entlang zumindest eines Längenkreises der Halbkugel eine zweite perforierte Zone (104) angeordnet sind, so dass die erste perforierte Zone (102) und die zweite perforierte Zone (104) sich schneiden und eine gemeinsame perforierte Teilfläche (106) aufweisen.
Brenner (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flächenanteil der zumindest zwei perforierten Zonen (102, 104) an der Brenneroberfläche (100) kleiner oder gleich 0,5, bevorzugt kleiner oder gleich 0,25, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 0,1 ist.
Brennervorrichtung (1) zur Wärmeerzeugung mittels einer Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemischs, insbesondere eines Wasserstoff-Luft-Gemischs, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennervorrichtung (1) einen Brenner (10) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.