EP0598083B1 - Strahlungsbrenner für heizkessel - Google Patents

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EP0598083B1
EP0598083B1 EP93912581A EP93912581A EP0598083B1 EP 0598083 B1 EP0598083 B1 EP 0598083B1 EP 93912581 A EP93912581 A EP 93912581A EP 93912581 A EP93912581 A EP 93912581A EP 0598083 B1 EP0598083 B1 EP 0598083B1
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gas
support plate
burner
gas distributor
burner surface
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Hans Viessmann
Peter Hofbauer
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Viessmann Werke GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/14—Radiant burners using screens or perforated plates
    • F23D14/145—Radiant burners using screens or perforated plates combustion being stabilised at a screen or a perforated plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/101—Flame diffusing means characterised by surface shape

Definitions

  • the invention relates to a radiant burner for boilers, consisting of a support plate with a gas supply line leading to a gas inflow opening in the support plate and with a curved burner surface made of wire mesh arranged on the other side of the support plate.
  • Radiation burners of this type are known, for example, from US Pat. No. 3,360,028.
  • the curved burner surface made of wire mesh has an elongated, approximately semi-cylindrical shape, which means that the circular gas inflow opening in relation to the burner surface inevitably becomes very small, resulting in poor gas distribution, on which even a small slotted diaphragm behind the gas inflow opening does not change anything significantly.
  • such a burner is poorly suited for today's compact spatial shapes of combustion chambers or boilers, i.e. one would have to arrange several such semi-cylindrical burners in parallel in order to be able to approximately achieve a largely uniform radiation exposure of the combustion chamber walls involved. The same applies approximately to a burner according to US Pat. No. 3,291,187.
  • a likewise poor gas distribution is also shown by a radiation burner according to FR-A-1 361 509, which practically has a spherical shape and also has a small gas inflow opening in relation to the size of the burner surface.
  • the spherical shape results in considerable reflections on the burner connection side.
  • the object of the invention is to improve it in such a way that the largest possible gas inflow opening is available with respect to the size of the burner surface, the shape of the burner surface is as stable as possible and the gas distribution is as uniform as possible between the inflow opening and the burner surface should be accessible on the entire burner surface.
  • a steel burner of the generic type according to the invention in that the burner surface is designed in the form of a hemisphere and concentrically below it and with a distance that is substantially smaller with respect to the hemisphere diameter of the burner surface, at least one gas distributor which is also hemispherical and also fastened to the supporting plate Perforated sheet is arranged, and that the diameter of the gas inflow opening corresponds essentially to the diameter of the hemispherical gas distributor.
  • the radiant burner consists basically and in a known manner of a support plate 1 with a gas supply line 3 leading to a gas inflow opening 2 in the support plate 1 and with a curved burner surface 4 made of wire mesh arranged on the other side of the support plate 1.
  • the burner surface 4 is designed in the form of a hemisphere and concentric with this and with a distance A which is substantially smaller in relation to the hemisphere diameter D of the burner surface 4, at least one gas distributor 5 which is also hemispherical and also fastened to the support plate 1 Perforated sheet is arranged, and that the diameter D1 of the gas inflow opening 6 corresponds essentially to the diameter D2 of the hemispherical gas distributor 5 (see Fig.4).
  • the support plate 1 is provided with annular step embossments 7, to which the burner surface 4 and the at least one gas distributor 5 are connected with their peripheral edges 8.
  • the peripheral edge 8 of the burner surface 4 is simply attached to the support plate 1 by folding over the edge of the support plate.
  • the support plate 1 is in relation to the gas supply side GS in the form of formed on the burner axis 9 convexly curved gas guide funnel 10, which also forms a step embossing 7 at the outlet, which centers the inner gas distributor 5 '.
  • this gas distributor 5 ' has a flared small edge 7' which serves as a centering for the second gas distributor 5 (see also FIG. 3).
  • a displacement body 12 in the interior 11 of the hemispherical burner surface 4 and in front of the gas distributor 5 'in the funnel 10 and a gas inflow chamber 13 in the form of a in front of the opening 2 of the support plate 1 against the interior 11 open, spiral or helical extending and reducing in cross-section gas guide channel 14, as shown in FIGS. 1, 3, from which it can also be seen that the support plate 1 with the interposition of a heat insulation ring 15 with a support plate 16th connected and this is provided with the gas inflow chamber 13.
  • the carrier plate 16 forms the closing door for the combustion chamber 18 of a "compact boiler" 19, of which only the upper part of interest is shown in FIG. 6.
  • FIG. 3 A special embodiment with regard to the fastening of the gas distributors 5, 5 'is illustrated in FIG. 3.
  • the outer gas distributor 5 is attached to the support plate, which is relatively close to the actual, extends from the wire mesh formed burner surface 4 and is thus also exposed to relatively high and changing heat loads, which can lead to the attachment tearing.
  • Such cracks do not render the burner inoperative, but the gas distribution to the burner surface, which is as uniform as possible, is required by the gas distributors 5, 5 ' Such cracks or "leaky" areas are disturbed to a certain extent.
  • the burner is designed according to FIG. 3 such that when two gas distributors 5, 5 'are arranged, the width B of the peripheral edge 8 of the inner gas distributor 5' is essentially the radial distance A 1 of both gas distributors 5, 5 'plus the width B1 of the peripheral edge 8 'of the outer gas distributor 5 is attached to that of the inner one, the peripheral edge 8' being attached to that of the inner gas distributor 5 'near the attachment area AB of the inner gas distributor 5' on the support plate 1.
  • the outer gas distributor 5 is no longer in direct connection with the support plate 1, but is held by the peripheral edge of the inner gas distributor 5 ', which in turn is fastened to the support plate 1 as far as possible from the burner surface.
  • the range of motion of the peripheral edge of the outer distributor 5, or one near the burner surface is increased to a sufficient extent, and the peripheral gas distributor 5 can no longer be torn off at the peripheral edge.
  • the same effect would also be achievable if one arranged an additional carrier ring on the carrier, which would only be attached to the carrier on the inner circumference and on which one would attach the peripheral edges of the gas distributors.
  • a further insulation ring 20 is arranged under the support plate 1 in the region of its outer circumference between the latter and the heat insulation ring 15, this lying on the inside against the outer step embossment 7 of the support plate 1, and finally the support plate 1 with its outer peripheral edge fixed by an externally placed clamping and insulation ring 17 on the heat insulation ring 15.
  • This training also contributes directly to the heat relief of this area, as it results from the lower annular edge area of the burner surface 4 no more gas can escape and burn there.
  • Such a ring 17 could also easily be placed on the atmospheric burner according to FIG. 4, which of course is to be arranged in the horizontal position, as shown, in the lower region of a boiler burner shaft.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Strahlungsbrenner für Heizkessel, bestehend aus einem Tragblech mit zu einer Gaseinströmöffnung im Tragblech führenden Gaszufuhrleitung und mit einer auf der anderen Seite des Tragbleches angeordneten gewölbten Brennerfläche aus Drhatgewebe.
  • Derartige Strahlungsbrenner sind bspw. nach der US-A-3 360 028 bekannt. Die gewölbte Brennerfläche aus Drahtgewebe hat hierbei eine langgestreckte, etwa halbzylindrische Form, wodurch die kreisförmig ausgebildete Gaszuströmöffnung in bezug auf die Brennerfläche zwangsläufig sehr klein wird und sich dadurch eine schlechte Gasverteilung ergibt, an der auch eine kleine geschlitzte Blende hinter der Gaszuströmöffnung nichts wesentliches ändert. Außerdem ist ein solcher Brenner schlecht für die heutigen kompakten Raumformen von Brennkammern bzw. Heizkesseln geeignet, d.h., man müßte mehrere solcher halbzylindrischen Brenner parallel nebeneinander anordnen, um eine weitgehend gleichmäßige Strahlungsbeaufschlagung der beteiligten Brennkammerwände angenähert erreichen zu können. Gleiches gilt in etwa auch für einen Brenner nach der US-A-3 291 187.
  • Eine ebenfalls schlechte Gasverteilung zeigt auch ein Strahlungsbrenner nach der FR-A-1 361 509, der praktisch Kugelform und in bezug auf die Größe der Brennerfläche eine ebenfalls kleine Gaszuströmöffnung hat. Außerdem ergeben sich durch die Kugelform beachtliche Rückstrahlungsbelastungen zur Brenneranschlußseite hin.
  • Ausgehend von einem Strahlungsbrenner der gattungsgemäßen Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diesen dahingehend zu verbessern, daß in bezug auf die Größe der Brennerfläche eine möglichst große Gaseinströmöffnung vorhanden, die Brennerfläche von ihrer Formgebung her möglichst stabil und zwischen Zuströmöffnung und Brennerfläche eine möglichst gleichmäßige Gasverteilung auf die gesamte Brennerfläche erreichbar sein soll.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Stahlungsbrenner der gattungsgemäßen Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennerfläche in Form einer Halbkugel ausgebildet und unter dieser konzentrisch und mit in bezug auf den Halbkugeldurchmesser der Brennerfläche wesentlich kleineren Abstand mindestens ein ebenfalls halbkugelförmiger und ebenfalls am Tragblech befestigter Gasverteiler aus gelochtem Blech angeordnet ist, und daß der Durchmesser der Gaseinströmöffnung im wesentlichen dem Durchmesser des halbkugelförmigen Gasverteilers entspricht.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung sind alle gestellten Forderungen nach Kompaktheit, Stabilität und optimaler Gasverteilung erfüllt.
  • Weitere Ausgestaltungen ergeben sich nach den Unteransprüchen, deren Vorteile im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit erläutert werden.
  • Es zeigt schematisch
    • Fig. 1
    im Schnitt eine besondere Ausführungsform des Brenners als integrale Einheit mit einem Heizkesselverschluß;
    Fig. 2
    im Schnitt den "nackten" Brenner mit zwei Gasverteilern und dem Tragblech;
    Fig. 3
    im Schnitt eine besondere Ausführungsform des Brenners;
    Fig. 4
    ebenfalls im Schnitt den Brenner für atmosphärischen Betrieb;
    Fig. 5
    eine Draufsicht auf den Brennernach Fig. 4 und
    Fig. 6
    im Schnitt die Anordnung des Brenners in der Brennkammer eines Heizkessels.
  • Der Strahlungsbrenner besteht grundsätzlich und in bekannter Weise aus einem Tragblech 1 mit zu einer Gaseinströmöffnung 2 im Tragblech 1 führenden Gaszufuhrleitung 3 und mit einer auf der anderen Seite des Tragbleches 1 angeordneten gewölbten Brennerfläche 4 aus Drahtgewebe.
  • Für einen solchen Brenner ist nun aber wesentlich, daß die Brennerfläche 4 in Form einer Halbkugel ausgebildet und unter dieser konzentrisch und mit in bezug auf den Halbkugeldurchmesser D der Brennerfläche 4 wesentlich kleineren Abstand A mindestens ein ebenfalls halbkugelförmiger und ebenfalls am Tragblech 1 befestigter Gasverteiler 5 aus gelochtem Blech angeordnet ist, und daß der Durchmesser D₁ der Gaseinströmöffnung 6 im wesentlichen dem Durchmesser D₂ des halbkugelförmigen Gasverteilers 5 entspricht (siehe Fig.4).
  • An dieser Ausbildung ändert sich grundsätzlich nichts, d.h., egal ob nun der Brenner mit Gebläse betrieben wird oder atmosphärisch, d.h., etwas zu ändern ist nur die Art der Gaszuführung, wie sie bspw. für einen atmosphärischen Brenner in Fig. 4 dargestellt ist, der in diesem Falle nur einen Gasverteiler 5 aufweist und an dem die Größe der Gaseinströmöffnung besonders deutlich wird.
  • Zwecks vorteilhafter Anbringbarkeit der halbkugelförmigen Brennerfläche 4 und der Gasverteiler 5, 5' ist das Tragblech 1 mit ringförmigen Stufenprägungen 7 versehen, an denen die Brennerfläche 4 und der mindestens eine Gasverteiler 5 mit ihren Umfangsrändern 8 angeschlossen sind. Der Umfangsrand 8 der Brennerfläche 4 (siehe Fig. 1, 2) ist dabei einfach durch Umfalzen des Tragblechumfangsrandes am Tragblech 1 befestigt.
  • Zwecks optimaler Gaseinleitung bei Gebläsebetrieb ist das Tragblech 1 zur Gaszufuhrseite GS hin in Form eines in bezug auf die Brennerachse 9 konvex gewölbten Gasführungstrichters 10 ausgebildet, der am Auslauf ebenfalls eine Stufenprägung 7 bildet, die den inneren Gasverteiler 5' zentriert. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 2 hat dieser Gasverteiler 5' einen aufgebördeten kleinen Rand 7', der als Zentrierung für den zweiten Gasverteiler 5 dient(siehe auch Fig.3).
  • Ebenfalls für mit Gebläse betriebene Brenner hat es sich hinsichtlich der Gasverteilung als vorteilhaft erwiesen, im Innenraum 11 der halbkugelförmigen Brennerfläche 4 und vor dem Gasverteiler 5' im Trichter 10 ein Verdrängungskörper 12 anzuordnen und vor der Öffnung 2 des Tragbleches 1 eine Gaszuströmkammer 13 in Form eines gegen den Innenraum 11 offenen, spiral- oder schraubenlinienförmig verlaufenden und sich im Querschnitt reduzierenden Gasführungskanales 14 vorzusehen, wie dies in den Fig. 1, 3 veranschaulicht ist, aus denen auch hervorgeht, daß das Tragblech 1 unter Zwischenanordnung eines Wärmeisolationsringes 15 mit einer Trägerplatte 16 verbunden und diese mit der Gaszuströmkammer 13 versehen ist. Die Trägerplatte 16 bildet die Verschlußtür für die Brennkammer 18 eines "Kompaktheizkessels" 19, von dem in Fig. 6 nur das hier interessierende Oberteil dargestellt ist.
  • Eine besondere Ausführungsform bezüglich der Befestigung der Gasverteiler 5, 5' ist in Fig. 3 verdeutlicht. Abgesehen davon, daß sich Strahlungsbrenner der vorbeschriebenen Art hervorragend bewährt haben, und die damit bestückten Heizkessel eine nahezu stickoxydfreie Emission zeigen, kann sich jedoch ein gewisser Gefährdungsbereich dort zeigen, wo der äußere Gasverteiler 5 am Tragblech befestigt ist, der sich relativ nahe zur eigentlichen, vom Drahtgewebe gebildeten Brennerfläche 4 erstreckt und somit auch relativ hohen und wechselnden Wärmebelastungen ausgesetzt ist, die zum Reißen der Befestigung führen können. Solche Risse machen zwar den Brenner nicht betriebsunfähig, aber die von den Gasverteilern 5, 5' zu fordernde, möglichst gleichmäßige Gasverteilung zur Brennerfläche hin wird von solchen Rissen bzw. "undichten" Stellen bis zu einem gewissen Grade gestört.
  • Um dem entgegenzuwirken, ist der Brenner gemäß Fig. 3 derart ausgebildet, daß bei Anordnung von zwei Gasverteilern 5, 5' die Breite B des Umfangsrandes 8 des inneren Gasverteilers 5' im wesentlichen der radialen Distanz A₁ beider Gasverteiler 5, 5' zuzüglich der Breite B₁ des Umfangsrandes 8' des äußeren Gasverteilers 5 auf dem des inneren befestigt ist, wobei der Umfangsrand 8' auf dem des inneren Gasverteilers 5' nahe dem Ansatzbereich AB des inneren Gasverteilers 5' am Tragblech 1 befestigt ist.
  • Durch diese Ausbildung steht der äußere Gasverteiler 5 nicht mehr in direkter Verbindung mit dem Tragblech 1, sondern wird vom Umfangsrand des inneren Gasverteilers 5' gehalten, der seinerseits wiederum soweit wie möglich entfernt von der Brennerfläche am Tragblech 1 befestigt ist. Dadurch wird der Bewegungsspielraum des Umfangsrandes des äußeren, bzw. brennerflächennahen Verteilers 5 in ausreichendem Maße vergrößert, und es kann nicht mehr zu Umfangsrandabrissen des äußeren Gasverteilers 5 kommen. Der gleiche Effekt wäre übrigens auch erreichbar, wenn man auf dem Träger einen zusätzlichen Trägerring anordnete, der nur am inneren Umfang am Träger befestigt wäre und auf dem man die Umfangsränder der Gasverteiler befestigen würde.
  • Wie ferner aus Fig. 3 ersichtlich, ist unter dem Tragblech 1 im Bereich seines Außenumfanges zwischen diesen und dem Wärmeisolationsring 15 ein weiterer Isolationsring 20 angeordnet, wobei dieser innen an der äußeren Stufenprägung 7 des Tragbleches 1 anliegt, und schließlich ist das Tragblech 1 mit seinem äußeren Umfangsrand durch einen außen aufgesetzten Spann- und Isolationsring 17 am Wärmeisolationsring 15 festgelegt. Diese Ausbildung trägt ebenfalls unmittelbar zur Wärmeentlastung dieses Bereiches bei, da dadurch aus dem unteren ringförmigen Randbereich der Brennerfläche 4 kein Gas mehr austreten und dort brennen kann.
  • Ein solcher Ring 17 ließe sich übrigens auch ohne weiteres auf den atmosphärischen Brenner nach Fig. 4 aufstecken, der selbstverständlich in horizontaler Stellung, wie dargestellt, im unteren Bereich eines Heizkesselbrennschachtes anzuordnen ist.

Claims (10)

  1. Strahlungsbrenner für Heizkessel, bestehend aus einem Tragblech (1) mit zu einer Gaseinströmöffnung (2) im Tragblech (1) führenden Gaszufuhrleitung (3) und mit einer auf der anderen Seite des Tragbleches (1) angeordneten gewölbten Brennerfläche (4) aus Drahtgewebe (4'),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Brennerfläche (4) in Form einer Halbkugel ausgebildet und unter dieser konzentrisch und mit in bezug auf den Halbkugeldurchmesser (D) der Brennerfläche (4) wesentlich kleineren Abstand (A) mindestens ein ebenfalls halbkugelförmiger und ebenfalls am Tragblech (1) befestigter Gasverteiler (5) aus gelochtem Blech angeordnet ist, und daß der Durchmesser (D₁) der Gaseinströmöffnung (6) im wesentlichen dem Durchmesser (D₂) des halbkugelförmigen Gasverteilers (5) entspricht.
  2. Brenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Tragblech (1) mit ringförmigen Stufenprägungen (7) versehen ist, an denen die Brennerfläche (4) und der mindestens eine Gasverteiler (5) mit ihren Umfangsrändern (8) angeschlossen sind.
  3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Tragblech (1) zur Gaszufuhrseite (GS) hin in Form eines in bezug auf die Brennerachse (9) konvex gewölbten Gasführungstrichters (10) ausgebildet ist.
  4. Brenner nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Innenraum (11) der halbkugelförmigen Brennerfläche (4) und vor dem Gasverteiler (5') im Trichter (10) ein Verdrängungskörper (12) angeordnet ist.
  5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß vor der Öffnung (2) des Tragbleches (1) eine Gaszuströmkammer (13) in Form eines gegen den Innenraum (11) offenen, spiral- oder schraubenlinienförmig verlaufenden und sich im Querschnitt reduzierenden Gasführungskanales (14) angeordnet ist.
  6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Tragblech (1) unter Zwischenanordnung eines Wärmeisolationsringes (15) mit einer Trägerplatte (16) verbunden und diese mit der Gaszuströmkammer (13) versehen ist.
  7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß bei Anordnung von zwei Gasverteilern (5, 5') die Breite (B) des Umfangsrandes (8) des inneren Gasverteilers (5') im wesentlichen der radialen Distanz (A₁) beider Gasverteiler (5, 5') zuzüglich der Breite (B₁) des Umfangsrandes (8') des äußeren Gasverteilers (5) auf dem des inneren befestigt ist, wobei der Umfangsrand (8') auf dem des inneren Gasverteilers (5') nahe dem Ansatzbereich (AB) des inneren Gasverteilers (5') am Tragblech (1) befestigt ist.
  8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß unter dem Tragblech (1) im Bereich seines Außenumfanges zwischen diesen und dem Wärmeisolationsring (15) ein weiterer Isolationsring (20) angeordnet ist.
  9. Brenner nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Isolationsring (20) innen an der äußeren Stufenprägung (17) anliegt.
  10. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Tragblech (1) mit seinem äußeren Umfangsrand durch einen außen aufgesetzten Spann- und Isolationsring (17) am Wärmeisolationsring (15) festgelegt ist.
EP93912581A 1992-06-13 1993-06-11 Strahlungsbrenner für heizkessel Expired - Lifetime EP0598083B1 (de)

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