DE9305987U1 - Ceramic burner plate - Google Patents

Ceramic burner plate

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Abstract

Plate for radiant burner and premixing burner with fan made of a ceramic material or from a metal foam, with passage openings for an oxygen carrier/fuel mixture, which passage openings are arranged in uniformly distributed groups which are arranged in an offset manner in mutually parallel rows, preferably in recesses of the plate, and each group having at least one passage opening which is the central point of a circle, on which additional passage openings arranged in a regular polygon are arranged. In order, in such a plate, to make possible a uniform distribution of the flame heights which are formed differently, it is envisaged that each passage opening (4), which is surrounded by passage openings (5) arranged in a polygon, is surrounded by additional passage openings (6) arranged in a regular polygon on a concentric circle. <IMAGE>

Description

. April 1333 . April 1333

Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1116Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1116

Die Erfindung bezieht sich auf eine keramische Brennerplatte, die in erster Linie für einen 100 % vorgemischten Gebläsebrenner eingesetzt wird, dessen Anforderungen an die Modulationsfähigkeit des Brenners, insbesondere von der Gestaltung der Brennerplatte in ihrer Oberflächengestaltung sowie im zugeordneten Lochbild abhängt.The invention relates to a ceramic burner plate which is primarily used for a 100% premixed fan burner, the requirements of which for the modulation capability of the burner depend in particular on the design of the burner plate in its surface design and in the associated hole pattern.

Lochbild und Oberflächenstruktur sollen gewährleisten, daß die Flammenlänge bei den unterschiedlichen Modulationgraden des Brenners relativ stabil im Bereich von 30 - 120 % QNBbleibt.The hole pattern and surface structure should ensure that the flame length remains relatively stable in the range of 30 - 120 % Q NB at the different modulation levels of the burner.

Der sich bildende Flammenteppich zeigt deutlich unterschiedlich entstehende Flammenspitzen durch die Oberflächenstruktur der Platte. Damit wird erreicht, daß durch eine gegenseitige Störung der Flammen im Flammenteppich selber die Platte in einen großen Betriebsbereich ohne akustische Probleme durch Brennerschwingungen betrieben werden kann.The resulting flame carpet shows clearly different flame tips due to the surface structure of the plate. This means that the plate can be operated in a wide operating range without acoustic problems caused by burner vibrations due to mutual interference between the flames in the flame carpet itself.

Die Lochdurchmesser sind entsprechend dem gewünschten minimalen und maximalen Belastungsbereich des Brenners zu bestimmen, insbesondere die größere Vertiefung und die Bündelung von vielen kleinen Flammen zu einer einzelnen Hauptflamme, die durch die besondere Form der Vertiefung und die in der Vertiefung bis hin zumThe hole diameters are to be determined according to the desired minimum and maximum load range of the burner, in particular the larger recess and the bundling of many small flames into a single main flame, which is achieved by the special shape of the recess and the

Rand besonders angeordnete Durchlaßöffnungen gewähren diese besondere Flanunenstabilisierung und verursachen nur im Randbereich dieser zwei zusammengehörigen Kratern ein mögliches Glühen der Platte.Passage openings arranged specifically at the edge ensure this special stabilization of the flacone and cause a possible glow of the plate only in the edge area of these two related craters.

So werden die Temperaturschwankungen der Brennerplatte relativ geringgehalten, und Druckverlustschwankungen bei gleicher Brennerbelastung bei längerer Betriebszeit des Brenners werden vermieden.This keeps the temperature fluctuations of the burner plate relatively low, and pressure loss fluctuations with the same burner load during longer operating times of the burner are avoided.

Des weiteren gewährleistet das Lochbild und die Oberflächenstruktur, daß eine verstärkte Rezirkulation in den einzelnen Hauptflammen entsteht, die somit verbesserte NOx-Werte liefert ca. 60 % niedriger als vergleichbare Platten bei gleichen Belastungen.Furthermore, the hole pattern and the surface structure ensure that an increased recirculation occurs in the individual main flames, which thus delivers improved NO x values approx. 60 % lower than comparable plates under the same loads.

Aufgrund der gestalteten Oberflächenstruktur und dem sich aus verschiedenen Durchlaßöffnungen ergebenden Lochbild gewährleistet die notwendige Flammenstabilität einen weiten Modulationsbereich des Brenners auch bei kritischen Gasarten. Diese Flammenstabilität gewährleistet, daß das keine zu starke Flammenkühlung entsteht und damit ein Anstieg der CO-Emissionswerte bei geringen Brennerbelastungen. Es wurden um ca. 50 % niedrigere Werte erzielt gegenüber vergleichbaren Brennerplatten.Due to the designed surface structure and the hole pattern resulting from the various passage openings, the necessary flame stability ensures a wide modulation range of the burner, even with critical gas types. This flame stability ensures that the flame does not cool too much and therefore the CO emission values do not increase at low burner loads. Values that are around 50% lower were achieved compared to comparable burner plates.

Eine solche Platte wurde zum Beispiel durch die EP B 106 761 bekannt. Bei dieser bekannten Platte sind die Durchlaßöffnungen in einem eine zentrale Durchlaßöffnung umgebenden regelmäßigen Sechseck angeordnet.Such a plate was made known, for example, by EP B 106 761. In this known plate, the passage openings are arranged in a regular hexagon surrounding a central passage opening.

Bei dieser bekannten Platte ergeben sich zwischen den einzelnen Durchlaßöffnungen im wesentlichen stets gleiche Abstände.In this known plate, the distances between the individual openings are essentially always the same.

Ziel der Erfindung ist es, die bekannten Nachteile der herkömmlichen Keramikplatten für die Strahlungsbrenner und Vollvormischbrenner zu vermeiden, insbesondere auch die Neigung zur Geräuschentwicklung im Modulationsbereich von ca. 20 - 120 %. Des weiteren sollten die Emissionen, CO- und NOx-Werte, deutlich gesenkt werden.The aim of the invention is to avoid the known disadvantages of conventional ceramic plates for radiant burners and fully premixed burners, in particular the tendency to generate noise in the modulation range of approximately 20 - 120%. Furthermore, the emissions, CO and NO x values, should be significantly reduced.

Erfindungsgemäß werden daher die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs vorgeschlagen.According to the invention, the characterizing features of the main claim are therefore proposed.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die auf konzentrischen Kreisen einer jeden Gruppe von Durchlaßöffnungen liegenden Polygone, an deren Ecken Durchlaßöffnungen angeordnet sind, unterschiedlich sind.According to a further feature of the invention, it can be provided that the polygons lying on concentric circles of each group of passage openings, at the corners of which passage openings are arranged, are different.

Durch diese Maßnahmen können auf einfache Weise unterschiedliche Abstände zwischen den einzelnen Durchlaßöffnungen sichergestellt werden.These measures make it easy to ensure different distances between the individual openings.

Weiter kann vorgesehen sein, daß das innere Polygon ein regelmäßiges Fünfeck und das äußere Polygon ein regelmäßiges Sieben- oder Neuneck ist, wobei weiter vorgesehen sein kann, daß je zwei nebeneinander angeordnete Gruppen von Durchlaßöffnungen eine gemeinsame, einen Eckpunkt der äußeren Polygone bildende Durchlaßöffnung aufweisen, wobei die äußeren Polygone der benachbarten Gruppen vorzugsweise eine unterschiedliche Eckenzahl aufweisen, wobei die äußeren Polygone der benachbarten Gruppen vorzugsweise eine unterschiedliche Eckenzahl aufweisen.It can further be provided that the inner polygon is a regular pentagon and the outer polygon is a regular heptagon or nonagon, it can further be provided that two groups of passage openings arranged next to one another have a common passage opening forming a corner point of the outer polygons, the outer polygons of the adjacent groups preferably having a different number of corners, the outer polygons of the adjacent groups preferably having a different number of corners.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß sich, über die gesamte Platte betrachtet, eine unregelmäßige Verteilung der Durchlaßöffnungen ergibt, wobei sich im wesentlichen quer zu den Reihen von Gruppen erstreckende, leicht gewundene Zwischenabstände ergeben.These measures have the advantage that, viewed over the entire plate, the openings are distributed irregularly, with slightly winding spacings extending essentially transversely to the rows of groups.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die in Form des äußeren Polygons angeordneten Durchlaßöffnungen einen größeren Durchmesser aufweisen als die in Form des inneren Polygons angeordneten Durchlaßöffnungen.In a preferred embodiment of the invention, it can be provided that the passage openings arranged in the form of the outer polygon have a larger diameter than the passage openings arranged in the form of the inner polygon.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Vertiefungen, in denen die Durchlaßöffnungen angeordnet sind, zwei kegelige Abschnitte aufweisen, von denen der jeweils innere Abschnitt einen größeren Öffnungswinkel als der äußere Abschnitt aufweist.According to a further feature of the invention, it can be provided that the recesses in which the passage openings are arranged have two conical sections, of which the inner section has a larger opening angle than the outer section.

Weiter kann vorgesehen sein, daß die Platte mit zueinander parallel verlaufenden Wellentälern und Wellenbergen profiliert ist und die Reihen, in denen die Gruppen von Durchlaßöffnungen angeordnet sind, in den gegenüber den Hauptachsen der Platte schräg, vorzugsweise in einem Winkel von 15 bis 30° verlaufenden Wellentälern angeordnet sind, wodurch sich unterschiedliche Flammenhöhen bei gleicher Brennerbelastung ergeben und somit die bekannten akustischen Probleme vermieden werden.Furthermore, it can be provided that the plate is profiled with wave troughs and wave crests running parallel to one another and that the rows in which the groups of passage openings are arranged are arranged in the wave troughs running obliquely to the main axes of the plate, preferably at an angle of 15 to 30°, whereby different flame heights are obtained with the same burner load and thus the known acoustic problems are avoided.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.

Figur 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Platte,Figure 1 is a plan view of a plate according to the invention,

Figur 2 zwei nebeneinanderliegende Gruppen von Durchlaßöffnungen der Platte nach Figur 1 undFigure 2 two adjacent groups of passage openings of the plate according to Figure 1 and

Figur 3 einen Schnitt durch einen Ausschnitt der Platte nach Figuren 1 und 2.Figure 3 shows a section through a portion of the plate according to Figures 1 and 2.

Eine Keramikplatte 1 eines Vormischbrenners weist an ihrer den Flammen zugewandten Oberfläche 7 in Vertiefungen 2 angeordnete Gruppen 3, 31 von Durchlaßöffnungen 4, 5 und 6 auf.A ceramic plate 1 of a premix burner has groups 3, 31 of passage openings 4, 5 and 6 arranged in recesses 2 on its surface 7 facing the flames.

Wie aus der Figur 1 zu ersehen ist, sind die Gruppen 3, 31 in Reihen abwechselnd nebeneinander angeordnet, wobei die benachbarten Reihen von Gruppen 3, 31 gegeneinander versetzt sind.As can be seen from Figure 1, the groups 3, 31 are arranged in rows alternately next to each other, with the adjacent rows of groups 3, 31 being offset from each other.

Wie aus den Figuren 1 und 2 zu ersehen ist, weist jede Gruppe 3, 31 eine zentrale zylindrische Durchlaßöffnung 4 auf, die von in einem regelmäßigen Fünfeck angeordneten kleineren zylindrischen Durchlaßöffnungen 5 umgeben ist. Weiter sind bei jeder Gruppe 3, 31 noch in einem die in einem Fünfeck angeordneten Durchlaßöffnungen 5 umgebenden Polygon angeordneten Durchlaßöffnungen 6 vorgesehen. Dabei sind bei den Gruppen 3 die äußeren Durchlaßöffnungen 6 in einem regelmäßigen Siebeneck angeordnet, wogegen bei den Gruppen 31 die äußeren Durchlaßöffnungen 6 in einem regelmäßigen Neuneck angeordnet sind. Dabei ist eine Durchlaßöffnung 6 für beide Gruppen 3, 31 gemeinsam.As can be seen from Figures 1 and 2, each group 3, 31 has a central cylindrical passage opening 4, which is surrounded by smaller cylindrical passage openings 5 arranged in a regular pentagon. Furthermore, each group 3, 31 also has passage openings 6 arranged in a polygon surrounding the passage openings 5 arranged in a pentagon. In groups 3, the outer passage openings 6 are arranged in a regular heptagon, whereas in groups 31 the outer passage openings 6 are arranged in a regular nonagon. One passage opening 6 is common to both groups 3, 31.

Die in einem Fünfeck angeordneten Durchlaßöffnungen 5 sind so angeordnet, daß sich bei den nebeneinander angeordneten Gruppen 3, 31 eine spiegelbildliche Anordnung der Durchlaßöffnungen 5 ergibt.The passage openings 5 arranged in a pentagon are arranged in such a way that the groups 3, 31 arranged next to one another result in a mirror-image arrangement of the passage openings 5.

Wie deutlich aus den Figuren 2 und 3 zu ersehen ist, weisen die Durchlaßöffnungen 5 einen kleineren Durchmesser auf als die Durchlaßöffnungen 4 und 6 auf.As can be clearly seen from Figures 2 and 3, the passage openings 5 have a smaller diameter than the passage openings 4 and 6.

Die Figur 3 zeigt die Erstreckung der Durchlaßöffnungen 4, 5 und von der Oberseite 7 zur gegenüberliegenden Unterseite 8, die einer Mischkammer für ein Gas-Luft-Gemisch zugewandt ist.Figure 3 shows the extension of the passage openings 4, 5 and from the upper side 7 to the opposite lower side 8, which faces a mixing chamber for a gas-air mixture.

Die Vertiefungen 2 weisen zwei kegelige Abschnitte 9 und 10 auf, in denen die Durchlaßöffnungen 5 und 6 angeordnet sind. Dabei weist der Abschnitt 9, in dem die Durchlaßöffnungen 5 einer jeden Gruppe 3, 31 angeordnet sind, einen größeren Öffnungswinkel auf, als der Abschnitt 10, in dem die im äußeren Polygon angeordneten Durchlaßöffnungen 6 angeordnet sind. Zur Oberseite 7 der Keramikplatte 1 hin schließt sich an den Abschnitt 10 der Vertiefung 2 ein ausgerundeter Übergangsbereich an.The recesses 2 have two conical sections 9 and 10 in which the passage openings 5 and 6 are arranged. The section 9 in which the passage openings 5 of each group 3, 31 are arranged has a larger opening angle than the section 10 in which the passage openings 6 arranged in the outer polygon are arranged. Towards the top side 7 of the ceramic plate 1, a rounded transition area adjoins the section 10 of the recess 2.

Wie aus den Figuren zwar nicht zu ersehen ist, kann die Platte 1 mit zueinander parallel laufenden Wellenbergen und Wellentälern profiliert sein, wobei diese schräg gegen die Hauptachsen der Platte geneigt verlaufen. Der Winkel, den die Wellenberge und Wellentäler mit dem seitlichen Rand der Platte einschließen, beträgt zweckmäßigerweise 15° bis 30°. Die Gruppen von Durchlaßöffnungen sind dabei in den Wellentälern angeordnet, wobei die Höhendifferenz zwischen den Wellenbergen und den Wellentälern maximal 6 mmAlthough it cannot be seen from the figures, the plate 1 can be profiled with wave crests and wave troughs running parallel to one another, whereby these run at an angle to the main axes of the plate. The angle that the wave crests and wave troughs form with the side edge of the plate is expediently 15° to 30°. The groups of passage openings are arranged in the wave troughs, whereby the height difference between the wave crests and the wave troughs is a maximum of 6 mm.

und die Breite des Wellentales maximal die doppelte Breite des Wellenberges beträgt.and the width of the wave trough is a maximum of twice the width of the wave crest.

Claims (10)

&idiagr; i5. April 1993 Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1116 ANSPRÜCHE&idiagr; i5 April 1993 Joh. Vaillant GmbH u. Co. GM 1116 CLAIMS 1. Platte für einen Vormischbrenner mit und ohne Gebläse, insbesondere Strahlungsbrenner aus einem keramischen Werkstoff mit Durchlaßöffnungen für ein Sauerstoffträger-Brennstoffgemisch, welche Durchlaßöffnungen in gleichmäßig verteilten Gruppen angeordnet sind, die in zueinander parallelen Reihen versetzt, vorzugsweise in Vertiefungen der Platte, angeordnet sind und jede Gruppe mindestens eine Durchlaßöffnung aufweist, die Mittelpunkt eines Kreises ist, auf dem weitere in einem regelmäßigen Polygon angeordnete Durchlaßöffnungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede von in einem Polygon angeordneten Durchlaßöffnungen (5) umgebene Durchlaßöffnung (4) von weiteren auf einem konzentrischen Kreis in einem regelmäßigen Polygon angeordneten Durchlaßöffnungen (6) umgeben ist.1. Plate for a premix burner with and without a fan, in particular a radiant burner made of a ceramic material with passage openings for an oxygen carrier-fuel mixture, which passage openings are arranged in evenly distributed groups which are offset in parallel rows, preferably in recesses in the plate, and each group has at least one passage opening which is the center of a circle on which further passage openings arranged in a regular polygon are arranged, characterized in that each passage opening (4) surrounded by passage openings (5) arranged in a polygon is surrounded by further passage openings (6) arranged on a concentric circle in a regular polygon. 2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf konzentrischen Kreisen einer jeden2. Plate according to claim 1, characterized in that the concentric circles of each Gruppe (3, 31) von Durchlaßöffnungen (4, 5, 6) liegenden Polygone, an deren Ecken Durchlaßöffnungen (5, 6) angeordnet sind, unterschiedlich sind.Group (3, 31) of passage openings (4, 5, 6) polygons, at the corners of which passage openings (5, 6) are arranged, are different. 3. Platte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das innere Polygon ein regelmäßiges Fünfeck und das äußere Polygon ein regelmäßiges Sieben- oder Neuneck ist.3. Plate according to claim 1 or 2, characterized in that the inner polygon is a regular pentagon and the outer polygon is a regular heptagon or nonagon. 4. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die äußeren Polygone der Gruppen (3, 31) umschreibenden Kreise einander berühren.4. Plate according to one of claims 1 to 3, characterized in that the circles circumscribing the outer polygons of the groups (3, 31) touch each other. 5. Platte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei nebeneinander angeordnete Gruppen (3, 31) von Durchlaßöffnungen (4, 5, 6) eine gemeinsame, einen Eckpunkt der äußeren Polygone bildende Durchlaßöffnung (6) aufweisen, wobei die äußeren Polygone der benachbarten Gruppen (3, 31) vorzugsweise eine unterschiedliche Eckenzahl aufweisen. 5. Plate according to claim 4, characterized in that two groups (3, 31) of passage openings (4, 5, 6) arranged next to one another each have a common passage opening (6) forming a corner point of the outer polygons, the outer polygons of the adjacent groups (3, 31) preferably having a different number of corners. 6. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Form des äußeren Polygons angeordneten Durchlaßöffnungen (6) einen größeren Durchmesser aufweisen, als die in Form6. Plate according to one of claims 1 to 5, characterized in that the passage openings (6) arranged in the form of the outer polygon have a larger diameter than those arranged in the form des inneren Polygons angeordneten Durchlaßöffnungen (5).of the inner polygon arranged through openings (5). 7. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (2), in
denen die Durchlaßöffnungen (4, 5, 6) angeordnet sind, zwei kegelige Abschnitte (9, 10) aufweisen, von denen der jeweils innere Abschnitt (9) einen größeren Öffnungswinkel als der äußere Abschnitt (10) aufweist.7. Plate according to one of claims 1 to 6, characterized in that the recesses (2) in
in which the passage openings (4, 5, 6) are arranged, have two conical sections (9, 10), of which the inner section (9) has a larger opening angle than the outer section (10). 8. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) mit zueinander parallel verlaufenden Wellentälern (11) und Wellenbergen (12) profiliert ist und die Reihen, in denen die Gruppen (3, 31) von Durchlaßöffnungen (4, 5, 6) angeordnet sind, in den gegenüber den Hauptachsen der Platte (1) schräg, vorzugsweise in einem Winkel von 15 bis 30° verlaufenden Wellentälern (11) angeordnet sind.8. Plate according to one of claims 1 to 7, characterized in that the plate (1) is profiled with wave troughs (11) and wave crests (12) running parallel to one another and the rows in which the groups (3, 31) of passage openings (4, 5, 6) are arranged are arranged in the wave troughs (11) running obliquely to the main axes of the plate (1), preferably at an angle of 15 to 30°. 9. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) eine Oberflächenstruktur aufweist nach Art einer vertieften Flächenstruktur, die ca. 60 bis 75 % der aktiven Brenneroberfläche aufweist und sich aus einer
Vielzahl zusammenhängender großen Vertiefung zusammensetzt, deren Einzelanteil ca. 3 bis 4 % an der gesamtaktiven Brenneroberfläche beträgt.9. Plate according to one of claims 1 to 8, characterized in that the plate (1) has a surface structure in the manner of a recessed surface structure which comprises approximately 60 to 75% of the active burner surface and consists of a
A large number of large, interconnected depressions, each of which accounts for approximately 3 to 4% of the total active burner surface. 10. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Prägung und Lochung auch in einem dichtem Metallschaum nachträglich mechanisch eingebracht wird.10. Plate according to one of claims 1 to 9, characterized in that such embossing and perforation is also subsequently introduced mechanically in a dense metal foam.
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