DE4107681A1

DE4107681A1 - Atmospheric gas burner - uses cooling bars above heating bars and comprising two angle elements fitted symmetrically to heating bars

Info

Publication number: DE4107681A1
Application number: DE19914107681
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Ing Assmann; Heinz-Bernd Dr I Grabenhenrich; Heinrich Dipl Ing Oehler; Dieter Becker; Ba Dipl Ing Lam-Thien; Roland Henss
Original assignee: Buderus Heiztechnik GmbH
Current assignee: Bosch Thermotechnik GmbH
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-03-09
Publication date: 1992-01-23

Abstract

The cooling bars, when viewed in cross-section, are formed as high edge profile elements (2'). Each heating bar (1) has two symmetrically arranged angle components fitted at a distance from one another, arm of the angle components being directed vertically, whilst the second arm bent at an obtuse angle is outwardly directed inclined above the heating bar. The angle components are holed plate strips, and on the one hand are rigidly fixed directly on the heating bar via bridges (6), but on the other hand are longitudinally movable. The high edge profile elements have the shape of flat bars rounded at their edges. USE/ADVANTAGE - As a gas burner in which the prodn. of nitrogen oxides is reduced.

Description

Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen Gasbrenner nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an atmospheric gas burner according to the preamble of claim 1.

Gasbrenner dieser Art mit Kühlstäben aus hitzebeständigem Material im Einfluß bereich der Flammen sind beispielsweise in der US-PS 45 25 141 dargestellt und beschrieben. Dabei besitzen die Kühlstäbe den Zweck, Wärme aus der Flamme abzuleiten. Eine Überhitzung mit einer verstärkten NO_x-Bildung wird auf diese Weise verhindert. Die Verringerung der NO_x-Bildung durch Flammenkühlung stellt eine anerkannte Maßnahme gegen negative Umwelteinflüsse durch die Hausheizung dar.Gas burners of this type with cooling rods made of heat-resistant material in the area of influence of the flames are shown and described for example in US-PS 45 25 141. The cooling rods have the purpose of dissipating heat from the flame. This prevents overheating with increased NO _x formation. The reduction of NO _x formation by flame cooling represents a recognized measure against negative environmental influences from the house heating.

In der genannten US-PS 45 25 141 sind runde und quadratische Stabprofile für die Kühlstäbe vorgeschlagen. Die DE-PS 35 09 521 offenbart U-förmige Profil elemente, deren Schenkel zur Abgasseite hin weisen. Schließlich zeigt das DE- GM 85 28 666 außer U-förmigen Profilelementen U-förmige und trapezförmige Vollkörper. Alle diese Kühlstäbe erfüllen denselben Zweck der Flammenkühlung und sind geeignet, die gestellte Aufgabe zu erfüllen.In the US-PS 45 25 141 are round and square rod profiles for the cooling rods suggested. DE-PS 35 09 521 discloses U-shaped profile elements, the legs of which point towards the exhaust side. Finally, the DE- GM 85 28 666 except U-shaped profile elements U-shaped and trapezoidal Full body. All of these cooling rods serve the same purpose of flame cooling and are suitable for fulfilling the task.

Bisher hat man der Lagerung und Anordnung der Kühlstäbe in ihrem Verhältnis zur Flamme größte Aufmerksamkeit geschenkt. Die Geometrie der Kühlstäbe selbst wurde hingegen wenig beachtet. Auch in den beschriebenen Beispielen handelt es sich um mehr oder weniger zufällige Gestaltungen.So far one has the storage and arrangement of the cooling rods in their ratio paid the greatest attention to the flame. The geometry of the cooling rods however, little attention was paid to it. Also in the examples described are more or less random designs.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Kühlstabgeometrie zu schaffen, welche für den angestrebten Zweck einer optimalen Flammenkühlung bestens geeignet ist. The invention had for its object to provide a cooling rod geometry which is ideal for the intended purpose of optimal flame cooling suitable is.

Die erfindungsgemäßen Kühlstäbe besitzen die im Kennzeichen des Patentan spruches 1 genannte Form und Ausrichtung.The cooling rods according to the invention have the characteristics of the patent Proverb 1 called shape and orientation.

Es wurde festgestellt, daß zur drastischen Absenkung der NO_x-Emission groß flächige Kühlelemente exakter Geometrie erforderlich sind, die jedoch so strömungsgünstig gestaltet und ausgerichtet sein müssen, daß kein vorzeitiger Reaktionsabbruch mit erhöhter CO-Bildung erfolgt. Genau diese Aufgabe wird mit den neuerungsgemäßen Kühlstäben gelöst. Gegenüber den bekannten, kom pakten Kühlstäben besitzen die Hochkant-Profilelemente eine vergrößerte Kühl fläche. Sie liegen strömungsgünstig in Flammenrichtung bzw. im spitzen Winkel, beliebig nach innen oder außen, zu dieser Richtung. Der geringe Widerstand ergibt eine geringe CO-Bildung. Schließlich besitzen die Hochkant-Profilelemente gegenüber den bisherigen Kompaktprofilen eine größere Formbeständigkeit. Mängel durch die Wärmeeinwirkung der Flamme mit evtl. möglichen Formver änderungen der Stäbe sind weitgehend ausgeschlossen. Die erfindungsgemäßen Profilelemente behalten vielmehr ihre Form und somit den genau festgelegten Abstand zur Flamme bei. Ihre Wirkung ist dadurch dauerhaft garantiert. Die Form der Hochkant-Profilelemente kann variieren. In jedem Fall handelt es sich um ein Bauteil mit großer Oberfläche, welches über einen längeren Bereich auf die Flamme einwirkt. Es ist nicht erforderlich, zu diesem Zweck mehrere Kühlstäbe übereinander anzuordnen, was sowohl hinsichtlich der Lagerung als auch hinsichtlich der Wirkung gewisse Probleme besitzt.It was found that large-area cooling elements of exact geometry are required to drastically reduce the NO _x emission, but they must be designed and oriented so that they are aerodynamically flowable so that there is no premature reaction termination with increased CO formation. Exactly this task is solved with the cooling rods according to the innovation. Compared to the known, compact cooling rods, the upright profile elements have an enlarged cooling surface. They are flow-favorably in the direction of the flame or at an acute angle, either inwards or outwards, in this direction. The low resistance results in low CO formation. Finally, the upright profile elements have greater dimensional stability than the previous compact profiles. Defects due to the heat of the flame with possible changes in the shape of the rods are largely excluded. Rather, the profile elements according to the invention maintain their shape and thus the precisely defined distance from the flame. As a result, their effectiveness is guaranteed permanently. The shape of the upright profile elements can vary. In any case, it is a component with a large surface, which acts on the flame over a longer area. It is not necessary to arrange several cooling rods one above the other for this purpose, which has certain problems both in terms of storage and in terms of effect.

Als besonders effektiv haben sich Hochkant-Profilelemente in Form von Winkelele menten erwiesen. Dabei empfiehlt es sich, jedem Brennerstab zwei Winkelelemente so zuzuordnen, daß jeweils ein Schenkel vertikal ausgerichtet und der zweite im stumpfen Winkel oberhalb des Brennerstabes schräg nach außen abgebogen ist. Ergänzend zu dem angestrebten Kühleffekt kommt noch ein Effekt der Luftlenkung innerhalb der Verbrennungszone hinzu. Unterhalb der schräg nach außen abgewinkel ten Schenkel strömt die Verbrennungsluft zur Flamme, wobei sie infolge einer gewissen Injektionswirkung selbst eine Beschleunigung erfährt und in geringem Maße Verbrennungsprodukte ansaugt. Diese Strömungsbeeinflussung führt in Verbindung mit der vorhandenen Kühlwirkung zu einer besonders starken NO_x-Reduzierung. Vertical profile elements in the form of angular elements have proven to be particularly effective. It is advisable to assign two angular elements to each burner rod so that one leg is vertically aligned and the second is bent obliquely outwards at an obtuse angle above the burner rod. In addition to the desired cooling effect, there is also an effect of air guidance within the combustion zone. Below the leg, which is angled outwards at an angle, the combustion air flows to the flame, which itself accelerates due to a certain injection effect and sucks combustion products to a small extent. This flow control in conjunction with the existing cooling effect leads to a particularly strong NO _x reduction.

Einen ähnlichen Effekt kann man auch dadurch erzielen, daß Durchbrechungen in den Hochkant-Profilelementen schräg verlaufen und dadurch von außen nach innen schräg ansteigende Kanäle bilden. Auch Durchbrechungen infolge von Ausstanzungen mit schräg abwärts nach außen gerichteten Ausstellungen wirken in diesem Sinne. Es ergibt sich nämlich eine schräg aufwärts gerichtete Luftströmung mit dem angestrebten Injektionseffekt.A similar effect can also be achieved by making openings in the upright profile elements run obliquely and thus from the outside in form sloping channels. Breakthroughs as a result of punched holes with exhibitions pointing obliquely downwards work in this sense. This results in an obliquely upward air flow with the targeted injection effect.

Außer den genannten Hochkant-Profilelementen aus eventuell gelochtem Vollmaterial ist es auch möglich, die Elemente aus einem hochkant ausgerichteten Drehtgeflecht zu bilden. Dabei kann das Drahtgeflecht hochkant abgewinkelt sein. Auch Kombina tionen von Hochkant-Profilelementen mit einem aufgesetzten Drahtgeflecht sind denkbar.In addition to the mentioned upright profile elements made of possibly perforated solid material it is also possible to make the elements out of an upright rotating braid to build. The wire mesh can be angled upright. Kombina too tion of upright profile elements with an attached wire mesh conceivable.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Neuerung dar. Es zeigtThe drawing shows exemplary embodiments of the innovation. It shows

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Brennerstab mit zugeordneten Kühl elementen; Figure 1 shows a cross section through a burner rod with associated cooling elements.

Fig. 2 bis Fig. 8 verschiedene Querschnittsformen von Kühlelementen; . FIG. 2 to FIG 8, various cross-sectional shapes of the cooling elements;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines Kühlelementes; Fig. 9 is a perspective view of a cooling element;

Fig. 10 einen Querschnitt durch einen Brennerstab mit zugeordneten Winkel elementen; Figure 10 is a cross section through a burner rod with associated angle elements.

Fig. 11 die Ansicht X aus Fig. 10; FIG. 11 is the view X of Fig. 10;

Fig. 12 einen Querschnitt durch einen Brennerstab mit zugeordneten, schräg durchbrochenen Elementen; 12 is a cross section through a burner rod with associated obliquely perforated elements.

Fig. 13 die Seitenansicht eines Elementes nach Fig. 11 und Fig. 13 is a side view of an element of FIG. 11 and

Fig. 14 einen Querschnitt durch einen Brennerstab mit einem zugeordneten Element als Blech mit Ausstellungen (rechts) und als Drahtgeflecht (links). Fig. 14 shows a cross section through a burner rod with an associated element as a sheet with exhibitions (right) and as a wire mesh (left).

Oberhalb des Brennerrohres 1 sitzen Kühlelemente 2 mit einem Hochkantprofil. Diese sind in Richtung der Flamme 3 oder im spitzen Winkel zu dieser gelagert. Die sehr große Kühlfläche führt zu einer starken Flammenkühlung mit ver ringerter NO_x-Bildung. Die strömungsgünstige Gestalt und Anordnung verringert den Widerstand und damit die CO-Bildung. Durch Versuche ist leicht zu er mitteln, welche der dargestellten Querschnittsform im speziellen Fall die besten Ergebnisse bringt. Es können völlig glatte Formen mit einem sehr geringen Widerstand gewählt werden. Geringe Abwinklungen bzw. Hinterschneidungen sorgen hingegen für eine gewisse Rezirkulation mit einer guten Vermischung. NO_x-Nester werden dadurch vermieden. Derselbe Effekt wird auch durch Durch brechungen 4 in den vertikalen Profilbereichen erzielt.Cooling elements 2 with an upright profile sit above the burner tube 1 . These are mounted in the direction of the flame 3 or at an acute angle to it. The very large cooling surface leads to strong flame cooling with reduced NO _x formation. The aerodynamic shape and arrangement reduce the resistance and thus the CO formation. It is easy to determine by experiment which of the cross-sectional shape shown gives the best results in a special case. Completely smooth shapes with very little resistance can be chosen. Small bends or undercuts, on the other hand, ensure a certain recirculation with good mixing. NO _x nests are thereby avoided. The same effect is also achieved by openings 4 in the vertical profile areas.

Außer metallischen Werkstoffen sind auch nichtmetallische Werkstoffe wie Keramik oder Quarzglas für die Kühlelemente geeignet.In addition to metallic materials, there are also non-metallic materials such as Ceramic or quartz glass suitable for the cooling elements.

Für Versuche wurde festgestellt, daß Winkelprofilelemente 2′ in einer symmetrischen Anordnung nach Fig. 10 und 11 besonders wirksam sind. Sie besitzen den ange strebten Kühleffekt. Außerdem haben sie eine gezielte Luftführung mit einer ge wissen Rezirkulation zur Folge. Die Kombination der Kühlwirkung, der Luftführung und der Rezirkulation führt zu sehr niedrigen NO_x-Werten. Die Lagerung erfolgt über Bolzen 6 unmittelbar auf dem Brennerrohr 1.For experiments it was found that angular profile elements 2 'are particularly effective in a symmetrical arrangement according to FIGS. 10 and 11. They have the desired cooling effect. In addition, they result in a targeted air flow with a certain recirculation. The combination of the cooling effect, the air flow and the recirculation leads to very low NO _x values. The storage takes place via bolts 6 directly on the burner tube 1 .

Gemäß Fig. 12 und 13 sind die Durchbrechungen in den Kühlelementen 2 als schräg aufwärts gerichtete Kanäle 4′ gestaltet. Auch dadurch ergibt sich die vorteilhafte Luftführung. Die Kühlelemente 2 sind an seitlichen Armen 7 schwenkbar gelagert.According to Fig. 12 and 13, the openings are designed in the cooling elements 2 and obliquely upwardly directed channels 4 '. This also results in the advantageous air flow. The cooling elements 2 are pivotally mounted on side arms 7 .

Fig. 14 zeigt schließlich ein Kühlelement 2 als Blech mit Ausstellungen 8 (rechts) und als Drahtgeflecht 5 (links). Die Luft tritt durch die Öffnungen in die Flamme. Auch Kombinationen aus Blech und Drahtgeflecht 5 sind denkbar. Fig. 14 shows, finally, a cooling element 2 of sheet metal with exhibitions 8 (right) and as a wire mesh 5 (left). The air enters the flame through the openings. Combinations of sheet metal and wire mesh 5 are also conceivable.

Claims

1.Atmospheric gas burner with horizontal burner rods and upper half of the same, exposed to the flames cooling rods made of heat-resistant material, characterized in that the cooling rods are seen in cross-section as flat upright profile elements ( 2 ), the Hochkanrichtrich device in the direction of flame or at an acute angle to this direction.

2. Atmospheric gas burner according to claim 1, characterized in that the upright profile elements have the shape of an angular element ( Fig. 8).

3. Atmospheric gas burner according to claims 1 and 2, characterized in that each burner rod ( 1 ), two symmetrically arranged angle elements ( 2 ') are assigned at a distance from each other, wherein one leg of the angle elements is aligned vertically, while the second, in obtuse angle bent leg above the burner rod ( 1 ) is directed obliquely outwards.

4. Atmospheric gas burner according to claims 1 to 3, characterized in that the angular elements ( 2 ') consist of perforated sheet metal strips and on the one hand rigidly and on the other hand longitudinally movable un directly on the burner rod ( 1 ) via webs ( 6 ).

5. Atmospheric gas burner according to claim 1, characterized in that the upright profile elements have the shape of flat iron rounded at their edges ( Fig. 2).

6. Atmospheric gas burner according to claims 1 and 5, characterized in that the flat irons are angled at their longitudinal edges ( Fig. 3).

7. Atmospheric gas burner according to claim 1, characterized in that the upright profile elements have the shape of two or more stacked round bars with connecting intermediate webs ( Fig. 4).

8. Atmospheric gas burner according to claim 1, characterized in that the upright profile elements have the shape of teardrop-shaped wings ( Fig. 5 + 6).

9. Atmospheric gas burner according to claim 1, characterized in that the upright profile elements have the shape of an oval with a central constriction ( Fig. 7).

10. Atmospheric gas burner according to one of claims 1 to 9, characterized in that the upright profile elements have openings ( 4 ) in their vertical profile areas.

11. Atmospheric gas burner according to claim 10, characterized in that the openings are designed as channels ( 4 ') directed obliquely upwards from the outside inwards.

12. Atmospheric gas burner according to claim 10, characterized in that the openings are designed as obliquely downward outward exhibitions ( 8 ).

13. Atmospheric gas burner according to claim 1, characterized in that the upright profile elements consist of a wire mesh ( 5 ).