DE202014101097U1 - Burner with a surface combustion - Google Patents
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Abstract
Brenner (13) mit einer Oberflächenverbrennung, welcher eine erste und zumindest eine weitere Brennerzone (34, 35) umfasst, die jeweils eine Zuführung (29, 37) für ein Brennstoff-Luft-Gemisch in einer Verbrennungszone (51) aufweisen und jeweils eine Gewebemembran (49) umfassen, an die sich die Verbrennungszone (51) anschließt und mit jeweils einer Flammenrückschlagsperre (48), welche stromauf der Gewebemembran (49) und mit Abstand dazu angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Brennerzone (34, 35) eine in der Verbrennungszone (51) in gleicher Richtung ausgerichtete Flammenmatrix (52) aufweist.A burner (13) with a surface combustion, which comprises a first and at least one further burner zone (34, 35), each having a feed (29, 37) for a fuel-air mixture in a combustion zone (51) and in each case a tissue membrane (49), which is adjoined by the combustion zone (51) and each having a flame arrestor (48) disposed upstream of the tissue membrane (49) and spaced therefrom, characterized in that each burner zone (34, 35) has an in the combustion zone (51) aligned in the same direction flame matrix (52).
Description
Die Erfindung einen Brenner mit einer Oberflächenverbrennung, welcher eine erste und zumindest eine weitere Brennerzone umfasst.The invention includes a burner with a surface combustion, which comprises a first and at least one further burner zone.
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner mit einem Oberflächensystem zu schaffen, welcher mehrzonig aufgebaut ist und einen geringen Bauraum zur Anordnung in einer Brennerplatte oder einem Brenner umfasst sowie einen Wärmeerzeuger zu schaffen, der kleinbauend ist, jedoch eine hohe Wärmeleistung ermöglicht.The invention has for its object to provide a burner with a surface system, which is constructed mehrzonig and a small space for arrangement in a burner plate or a burner and to provide a heat generator, which is physically small, but allows high thermal output.
Diese Aufgabe wird durch einen Brenner gelöst, bei dem jede Brennerzone eine in gleicher Richtung ausgerichtete Flammenmatrix aufweist. Dadurch können in der Einbautiefe flachbauende Brennerzonen geschaffen werden, so dass mehrere Brennerzonen nebeneinander angeordnet sein können, die entsprechend der gewünschten Betriebsart angesteuert werden können. This object is achieved by a burner in which each burner zone has an aligned in the same direction flame matrix. As a result, low-profile burner zones can be created in the installation depth, so that a plurality of burner zones can be arranged next to one another, which can be controlled according to the desired operating mode.
Bevorzugt ist die Flammenmatrix jeder Brennerzone axial zur Strömungsrichtung des Brennstoff-Luft-Gemischs zwischen der Flammenrückschlagsperre und der Gewebemembran ausgerichtet. Dadurch steht die Flammenmatrix senkrecht zur Oberfläche der Gewebemembran, so dass ein freies Austreten der Einzelflamme aus der Gewebemembran ohne eine Neigung oder Umlenkung ermöglicht ist, wodurch eine erhöhte Effizienz bei der Verbrennung und somit ein erhöhter Wirkungsgrad bei der Erwärmung des Brennerraums ermöglicht wird.Preferably, the flame matrix of each burner zone is aligned axially with the flow direction of the fuel-air mixture between the flame arrestor and the tissue membrane. As a result, the flame matrix is perpendicular to the surface of the tissue membrane, so that a free exit of the individual flame from the tissue membrane without tilting or deflection is possible, whereby an increased efficiency in the combustion and thus increased efficiency in the heating of the burner chamber is made possible.
Die jeweilige Gewebemembran der Brennerzone ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer gleichen Ebene angeordnet. Dadurch kann ein großflächiger Brenner in mehrere Brennerzonen mit verschiedenen oder auch gleichen Flächenanteilen unterteilt werden sowie eine getrennte Ansteuerung ermöglichen. Alternativ hierzu können die einzelnen Gewebemembranen der jeweils einander zugeordneten Brennerzonen parallel zueinander versetzt vorgesehen sein. Dies ist bevorzugt dann vorgesehen, um die einzelnen Brennerzonen in baulich kompakter Weise einander zuzuordnen. The respective tissue membrane of the burner zone is arranged according to a preferred embodiment in a same plane. As a result, a large-area burner can be subdivided into several burner zones with different or even the same area proportions as well as a separate control. Alternatively, the individual tissue membranes of each associated burner zones may be provided offset parallel to each other. This is preferably then provided in order to assign the individual burner zones to one another in a structurally compact manner.
Die jeweilige Gewebemembran der einander zugeordneten Brennerzonen weist vorzugsweise bei deren Anordnung mit einem parallelen Versatz zueinander einen maximalen Versatz auf, der gleich oder kleiner als die Länge von einer Flammenwurzel der Flammenmatrix ist. Dadurch kann eine homogene, sich über alle Gewebemembranen der Brennerzonen erstreckende gemeinsame Flammenmatrix erzielt werden. The respective tissue membrane of the associated burner zones preferably has a maximum offset when arranged with a parallel offset from one another which is equal to or less than the length of a flame root of the flame matrix. As a result, a homogeneous flame matrix extending over all the tissue membranes of the burner zones can be achieved.
Die Länge der Flammenwurzel der jeweiligen Flammenmatrix ist vorzugsweise kleiner als 100 mm und bei Volllast am längsten. The length of the flame root of the respective flame matrix is preferably less than 100 mm and the longest at full load.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist für jede Brennerzone jeweils ein Gebläse vorgesehen. Dadurch kann eine spezifische Ansteuerung und Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemischs für jede Brennerzone erzielt werden, wodurch auch die Länge der Flammenwurzel bestimmbar ist. According to a first embodiment, a blower is provided for each burner zone. Thereby, a specific control and supply of the fuel-air mixture for each burner zone can be achieved, whereby the length of the flame root can be determined.
Alternativ kann für alle Brennerzonen des Brenners ein gemeinsames Gebläse zum Zuführen des Brennstoff-Luft-Gemisches und in zumindest einer von wenigstens zwei zur jeweiligen Brennerzone führenden Zuführung eine Steuerklappe vorgesehen sein. Dadurch können mehrere Brennerzonen mit nur einem gemeinsamen Gebläse angesteuert und durch Ansteuerung der Steuerklappe oder Steuerklappen mit dem Brennstoff-Luft-Gemisch versorgt werden.Alternatively, a common fan for supplying the fuel-air mixture and at least one of at least two leading to the respective burner zone supply a control valve may be provided for all burner zones of the burner. As a result, multiple burner zones can be controlled with only one common blower and be supplied by driving the control valve or control flaps with the fuel-air mixture.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der ersten zu zündenden Brennerzone zumindest eine Zündelektrode und/oder zumindest eine Überwachungselektrode zugeordnet. Beispielsweise kann die erste Brennerzone als Vorstufe ausgebildet sein, welche zunächst gezündet und überwacht wird, um in der Verbrennungszone eine Flammenmatrix auszubilden. Aufgrund der benachbart dazu angeordneten zweiten und/oder weiteren Brennerzone kann in Abhängigkeit der Zuführung des Brennstoff-Luft-Gemisches diese zweite oder weitere Brennerzone zugeschalten werden, wobei die Flammenmatrix der ersten Brennerzone beim Zuführen von dem Brennstoff-Luft-Gasgemisch zu einer zweiten und/oder weiteren benachbarten Brennerzone überschlägt und mit dieser eine gemeinsame Flammenmatrix bildet. According to a preferred embodiment, the first burner zone to be ignited is assigned at least one ignition electrode and / or at least one monitoring electrode. For example, can the first burner zone may be formed as a preliminary stage, which is first ignited and monitored in order to form a flame matrix in the combustion zone. Due to the adjacently arranged second and / or further burner zone, depending on the supply of the fuel-air mixture, this second or further burner zone can be switched on, the flame matrix of the first burner zone being fed to the fuel-air-gas mixture by a second and / or or another adjacent burner zone and forms with this a common flame matrix.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Verbrennungszone des Brenners ist eine erste Brennerzone vollständig von der zweiten und/oder zumindest einen weiteren Brennerzone umgeben. Diese Anordnung kann auch vertauscht sein. Dadurch können beispielsweise zwei konzentrisch zueinander angeordnete Brennerzonen ausgebildet werden, die zumeist derart angesteuert werden, dass die kleinere der beiden Zonen zunächst gezündet wird.According to a first embodiment of the combustion zone of the burner, a first burner zone is completely surrounded by the second and / or at least one further burner zone. This arrangement can also be reversed. As a result, it is possible to form, for example, two burner zones arranged concentrically to one another, which are usually activated in such a way that the smaller of the two zones is first ignited.
Eine weitere alternative Ausführungsform der Verbrennungszone des Brenners sieht vor, dass die erste und zumindest eine weitere Brennerzone jeweils denselben Flächenanteil aufweisen. Alternativ kann auch die erste Brennerzone in der Fläche abweichend zur zweiten oder weiteren Brennerzone ausgebildet sein, wobei bevorzugt bei zwei Brennerzonen die erste Brennerzone kleiner als die zweite Brennerzone ist. Je nach Gesamtregelverhältnis von beispielsweise der ersten und zweiten Brennerstufe wird das Größenverhältnis der jeweiligen Brennerzone festgelegt. Dies ist vom zu befeuernden Wärmeerzeuger und dem nachgeschalteten Wärmeprozess abhängig. Das Gesamtregelverhältnis kann bestimmt werden aus der Summe der maximalen Leistung der ersten und zweiten Brennerzone im Verhältnis zur minimalen Leistung der ersten Brennerzone. Analoges gilt für mehr als zwei Brennerzonen.A further alternative embodiment of the combustion zone of the burner provides that the first and at least one further burner zone each have the same area fraction. Alternatively, the first burner zone may also be formed in the area deviating from the second or further burner zone, with the first burner zone preferably being smaller than the second burner zone in the case of two burner zones. Depending on the overall control ratio of, for example, the first and second burner stage, the size ratio of the respective burner zone is set. This depends on the heat generator to be fired and the downstream heat process. The total control ratio can be determined from the sum of the maximum power of the first and second burner zones in relation to the minimum power of the first burner zone. The same applies to more than two burner zones.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht zwischen der ersten und zumindest einen weiteren Brennerzone eine gemeinsame Berührungslinie oder einen gemeinsamen Berührpunkt der jeweiligen Flammenmatrix vor. Die Flammen der Flammenmatrix weiten sich bis zum Ende der jeweiligen Flamme in Strömungsrichtung des Brennstoff-Luft-Gemisches gesehen auf, so dass auch im Randbereich der Verbrennungszone ein Aufweiten der Flammenmatrix gegeben ist, wodurch ein vereinfachtes Zünden der benachbarten Verbrennungszone einer weiteren Brennerzone ermöglicht wird. A further preferred embodiment of the invention provides a common contact line or a common contact point of the respective flame matrix between the first and at least one further burner zone. The flames of the flame matrix expand to the end of the respective flame in the flow direction of the fuel-air mixture, so that an expansion of the flame matrix is also given in the edge region of the combustion zone, whereby a simplified ignition of the adjacent combustion zone of another burner zone is made possible.
Die erste und zumindest eine weitere Brennerzone weisen bevorzugt eine kreisrunde, rechteckige oder quadratische Geometrie zur Bildung einer Verbrennungszone auf. Dadurch kann eine Anpassung an die Einbauverhältnisse ermöglicht werden. Beispielsweise kann eine kreisrunde oder quadratische Geometrie für einen zylindrischen Brennerraum vorgesehen sein. Des Weiteren kann ein länglich-rechteckförmiger Brenner mit einer ersten und zweiten Brennerzone für streifenförmige und sich länglich erstreckende Erhitzungszonen ausgebildet sein und eingesetzt werden. The first and at least one further burner zone preferably have a circular, rectangular or square geometry for forming a combustion zone. This allows an adaptation to the installation conditions are made possible. For example, a circular or square geometry may be provided for a cylindrical burner space. Furthermore, an oblong-rectangular burner with a first and a second burner zone can be formed and used for strip-shaped and elongate heating zones.
Des Weiteren weist bevorzugt die zweite oder weitere Brennerzone den zwei- bis siebenfachen Flächenanteil der ersten Brennerzone auf. Dadurch bildet die erste Brennerzone eine Vorstufe und die zweite Brennerzone beispielsweise eine Hauptstufe, vorzugsweise gemeinsam mit der Vorstufe, für die Beheizung des Brennraumes.Furthermore, the second or further burner zone preferably has two to seven times the area fraction of the first burner zone. As a result, the first burner zone forms a preliminary stage and the second burner zone forms, for example, a main stage, preferably together with the precursor, for heating the combustion chamber.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Brennstoff-Luft-Gemisch vor dem zumindest einen Gebläse gemischt und über das Gebläse das Gemisch der zumindest einen Brennerzone zugeführt wird. Dabei spricht man von einem sogenannten Premix-Brenner. Alternativ kann nach dem zumindest einen Gebläse das Brennstoff-Luft-Gemisch gemischt und dann der zumindest einen Brennerzone zugeführt werden. Bei einer solchen Ausführungsform wird von einem Postmix-Brenner gesprochen. A further preferred embodiment of the invention provides that the fuel-air mixture is mixed before the at least one blower and fed via the blower, the mixture of at least one burner zone. This is called a so-called premix burner. Alternatively, after the at least one blower, the fuel-air mixture can be mixed and then fed to the at least one burner zone. Such an embodiment is referred to as a postmix burner.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Brenners mit der ersten und zumindest einer weiteren Brennerzone sieht vor, dass diese in einem gemeinsamen Brennerkopf angeordnet sind, so dass die erste und zumindest eine weitere Brennerzone gemeinsam an einer Brennerplatte zum Brennerraum angeordnet sind, welche an einem Brennergehäuse zum Schließen des Brennerraumes befestigbar ist. A preferred embodiment of the burner with the first and at least one further burner zone provides that they are arranged in a common burner head, so that the first and at least one further burner zone are arranged together on a burner plate to the burner chamber, which on a burner housing for closing the Burner space is attachable.
Alternativ zu dieser Ausführungsform kann die erste und zumindest eine weitere Brennerzone jeweils durch einen separaten Brennkopf mit jeweiligem Gehäuse ausgebildet sein, die benachbart oder aneinander angrenzend in einer Brennerplatte angeordnet sind. As an alternative to this embodiment, the first and at least one further burner zone can each be formed by a separate combustion head with a respective housing, which are arranged adjacent or adjacent to one another in a burner plate.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren durch einen Wärmeerzeuger gelöst, bei welchem ein Brenner nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen einsetzbar ist. Bevorzugt kann der Wärmeerzeuger zur Aufheizung eines flüssigen, dampfförmigen oder gasförmigen Mediums vorgesehen sein, bei welchem vorzugsweise eine Versorgungsleitung in einen Brennerraum des Gehäuses des Wärmeerzeugers führt, um das durch die Leitung durchströmende Medium zu erhitzen. Im Besonderen ist die Leitung ein Teil eines Wärmetauschers, um beispielsweise Wasser zu erhitzen. Ein solcher Wärmeerzeuger mit einem Brenner ermöglicht eine kleinbauende Anordnung bei einer hohen Wärmeleistung.The object underlying the invention is further achieved by a heat generator, in which a burner can be used according to one of the embodiments described above. Preferably, the heat generator for heating a liquid, vapor or gaseous medium may be provided, in which preferably a supply line into a burner chamber of the housing of the heat generator leads to heat the medium flowing through the conduit. In particular, the conduit is part of a heat exchanger to heat, for example, water. Such a heat generator with a burner allows a small structure arrangement with a high heat output.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:The invention and further advantageous embodiments and developments thereof are described in more detail below with reference to the examples shown in the drawings and explained. The features to be taken from the description and the drawings can be applied individually according to the invention individually or in combination in any combination. Show it:
In
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird über eine Luftzuführleitung
Die Ansteuerung des Magnetventils
Der Brennerkopf
Der Aufbau dieses mehrzonigen Brennerkopfes
Der Brennerkopf
Die erste Brennerzone
Die erste Brennerzone
Die zweite Brennerzone
Das Begrenzungselement
Die Anordnung und Ausgestaltung des Brennerkopfes
In
An jeder Gewebemembran
Unter „Flammenwurzel“ wird eine Zone der Einzelflammen
Bei der in
In den
In den
In
Die
Im Hinblick auf eine gleiche Flächenaufteilung zwischen der ersten und zweiten Brennerzone
Die
Weitere geometrische Ausgestaltungen und Aufteilungen bezüglich der jeweiligen Verbrennungszone
In
Bei der in
Die beiden Brennerköpfe
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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