EP0863366B1 - Gasbrenner - Google Patents

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EP0863366B1
EP0863366B1 EP97120543A EP97120543A EP0863366B1 EP 0863366 B1 EP0863366 B1 EP 0863366B1 EP 97120543 A EP97120543 A EP 97120543A EP 97120543 A EP97120543 A EP 97120543A EP 0863366 B1 EP0863366 B1 EP 0863366B1
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EP
European Patent Office
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flow
combustion chamber
gas burner
chamber
burner according
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EP97120543A
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EP0863366A3 (de
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Jaroslav Klouda
Maarten Joannes Botman
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Rational AG
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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
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F23D14/04—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner
    • F23D14/08—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with axial outlets at the burner head
    • F23D14/085—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with axial outlets at the burner head with injector axis inclined to the burner head axis
    • 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
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • 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
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices

Definitions

  • the invention relates to a gas burner, in particular for use in kitchen technology, according to the preamble of claim 1.
  • a mixture is usually used in the area of a deflection device in a gas burner generated from air and a fuel gas, which is then introduced into a combustion chamber becomes.
  • the deflection leads one coming from the direction of the air supply duct Gas flow consisting of either air or a mixture of air and fuel gas can, in the direction of the combustion chamber, that the flow velocity of the Air / fuel gas mixture entering the combustion chamber on the outside of the combustion chamber, that is, the side which, in relation to the direction of flow in the air supply duct, is further away from the air supply duct, is larger than on the opposite inside. This leads to an uneven combustion, based on a cross section the combustion chamber perpendicular to the direction of flow therein.
  • a flame-retardant atmospheric gas burner is known from US 2,610,675 A. This has a special burner head that allows the burner to operate without going out the main flame in a wide load range. Flows in this burner an air-gas mixture through a tube which has a curved area in which a baffle plate is arranged inside the tube for uniformity, to the burner head. A small part of the air-gas mixture flows in the area of the burner head Passing outside of a ring, ignites there and serves as a pilot flame during the The main part of the air-gas mixture flows through on the inside of the ring and after Mixing with secondary air from the surrounding atmosphere in the form of the main flame is burned.
  • a disadvantage of this burner is that through the baffle a swirling of the air gas mixture occurs, but still no uniform speed profile over the cross section of the burner head and beyond the flow resistance is increased.
  • a generic gas burner is known from EP 0 132 831 A2, in which a flow compensation device by shaping the inner surface of a tubular premixing chamber with ring ribs to create a flow screw in the premixing chamber is provided.
  • a flow compensation device does not lead either perpendicular to a uniform speed profile in the area of the gas burner head to the flow of the air-gas mixture, and in particular through the ring ribs the flow resistance disadvantageously increased in this area of the premixing chamber.
  • the generic gas burner in such a way to further develop the disadvantages of the prior art, in particular uniform combustion in the combustion chamber, based on a cross-section perpendicular to the direction of the flow therein, especially by equalization of the speed profile at the burner outlet.
  • the illustrated embodiment of the gas burner according to the invention comprises an air supply duct 1 and a tubular one Combustion chamber 3, which are connected via a deflection device. which is generally designated 5.
  • the deflection device 5 contains a premixing tube 7 and one surrounding the premixing tube 7 Secondary air duct 9, the pre-mixing tube 7 and the secondary air duct 9 are substantially concentric with each other.
  • the premix pipe 7 is substantially rectangular, wherein a leg 11 runs parallel to the air supply duct 1 and with the wall of the air supply duct 1, an inlet opening for the secondary air duct 9 forms.
  • the other leg 13 of the premix tube 13 is parallel to the direction of gas flow in the combustion chamber 3, that is parallel to the longitudinal direction of the combustion chamber 3.
  • Premix pipe 7 In the Premix pipe 7 is a feed line for fuel gas 15, which via a fuel gas nozzle 17 into the air flow in the premixing tube 7 dispense and mixed with this.
  • an ignition electrode 19 At the mouth of the premix pipe 7 in the combustion chamber 3 is an ignition electrode 19 for Ignition of the escaping rich air / fuel gas mixture is provided.
  • Ignition of the escaping rich air / fuel gas mixture In addition to the direct combustion of this fuel mixture takes place secondary combustion with that via the secondary air duct 9 supplied secondary air instead.
  • a deflection element 30 is inserted in the leg 13, that in the parallel to the air supply duct 1 leg 11 protrudes.
  • the deflection element 30 has four cross-shaped in an upper region 30a arranged flat surfaces 31 parallel to the direction of the Leg 13 on, the ends of this cross on the walls of the Leg 13 of the premixing tube rest.
  • a lower area 30b the cross-shaped cross section goes into angled flat blade sections 32 over.
  • These blade sections form with the corresponding surface in section 30a an obtuse angle and are arranged rotationally symmetrically in the manner of a propeller, so that they each give an angular momentum to the gas stream hitting them or give swirl in the same direction.
  • the blade sections 32 do not have to be level, but can also, for example after Kind of a turbine blade, be curved.
  • the deflecting element 30 has a double function. Through the cruciform Part in the area 30a, which in the area of Leg 11 of the premix tube 7 protrudes, the proportion of Gas flow in the pre-mixing tube 7 is limited to the outside the combustion chamber 3 is guided. This proportion is the smaller, ever further the element 30 protrudes into the leg 11. This will compensates for the imbalance, otherwise between the flow exist on the outside and inside of the combustion chamber 3 would.
  • the blade-shaped sections 32 give this in each case an angular momentum, each in the same direction, so that a vortex with an axis of rotation in essentially parallel to the flow direction in the combustion chamber 3, i.e. parallel to its longitudinal axis.
  • Air guide surfaces 40 and 42 are arranged in the secondary air duct 9, which are shown in Fig. 1a and 1b with dashed lines are. These air baffles are responsible for the main part of the Air flow in the secondary air duct 9 to the mouth of the premix tube 7 to concentrate in the combustion chamber 3, so that the Secondary combustion is optimized. In contrast, the current the air in the secondary air duct 9 to the walls of the combustion chamber minimized.
  • the secondary air duct in the secondary air duct additional means for generating a Twists the gas flow with an axis of rotation parallel to that Flow direction provided in the combustion chamber 3.
  • swirl is opposite to the swirl caused by the blade-shaped sections 32 of the deflecting element 30 is produced. This results in a particularly good mixing of the secondary air with the emerging fuel mixture.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner, insbesondere zur Verwendung in der Küchentechnik, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Üblicherweise wird im Bereich einer Umlenkvorrichtung in einem Gasbrenner ein Gemisch aus Luft und einem Brenngas erzeugt, das anschließend in eine Brennkammer eingeleitet wird. Dabei führt die Umlenkung eines aus der Richtung des Luftzuführkanals kommenden Gasstroms, der entweder aus Luft oder einem Gemisch aus Luft und Brenngas bestehen kann, in die Richtung der Brennkammer dazu, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Luft/Brenngas-Gemisches, das in die Brennkammer eintritt, auf der Außenseite der Brennkammer, also der Seite, welche, bezogen auf die Strömungsrichtung in dem Luftzuführkanal, weiter von dem Luftzuführkanal entfernt ist, größer ist als auf der gegenüberliegenden Innenseite. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Verbrennung, bezogen auf einen Querschnitt der Brennkammer senkrecht zu der Richtung der Strömung darin.
Aus der US 2,610,675 A ist ein flammensichernder atmosphärischer Gasbrenner bekannt. Dieser weist einen speziellen Brennerkopf auf, der einen Betrieb des Brenners ohne Erlöschen der Hauptflamme in einem weiten Lastbereich ermöglicht. In diesem Brenner fließt ein Luft-Gas-Gemisch durch ein Rohr, welches einen gekrümmten Bereich aufweist, in dem zur Vergleichmäßigung ein Ablenkblech innerhalb des Rohres angeordnet ist, zum Brennerkopf. Im Bereich des Brennerkopfs fließt ein kleiner Teil des Luft-Gas-Gemisches an der Außenseite eines Ringes vorbei, wird dort entzündet und dient als Pilotflamme, während der Hauptteil des Luft-Gas-Gemisches auf der Innenseite des Ringes durchströmt und nach Vermischung mit Sekundärluft aus der umgebenen Atmosphäre in Form der Hauptflamme verbrannt wird. Nachteilig bei diesem Brenner ist jedoch, daß durch das Ablenkblech zwar eine Verwirbelung des Luftgasgemisches eintritt, sich aber dennoch kein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil über den Querschnitt des Brennerkopfes ausbildet und darüber hinaus der Strömungswiderstand erhöht wird.
Ein gattungsgemäßer Gasbrenner ist aus der EP 0 132 831 A2 bekannt, bei dem eine Strömungsausgleichseinrichtung durch Ausformung der Innenfläche einer rohrförmigen Vormischkammer mit Ringrippen zur Erzeugung einer Strömungsschraube in der Vormischkammer bereitgestellt ist. Solch eine Strömungsausgleichseinrichtung führt ebenfalls nicht zu einem gleichmäßigen Geschwindigkeitsprofil im Bereich des Gasbrennerkopfes senkrecht zum Strom der Luft-Gas-Mischung, und insbesondere wird durch die Ringrippen der Strömungswiderstand in diesem Bereich der Vormischkammer nachteilhaft erhöht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den gattungsgemäßen Gasbrenner derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden, insbesondere eine gleichmäßige Verbrennung in der Brennkammer, bezogen auf einen Querschnitt senkrecht zu der Richtung der Strömung darin, insbesondere durch Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsprofils am Brennerausgang, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Kennzeichens von Anspruch 1.
Die Unteransprüche 2 bis 10 beschreiben weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich, das anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird.
Fig. 1a
zeigt einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Gasbrenners.
Fig. 1b
zeigt dieselbe Querschnittsansicht wie Fig. 1a, jedoch mit eingezeichneten Strömungspfeilen.
Fig. 2a
zeigt eine Draufsicht eines in dem erfindungsgemäßen Gasbrenner angeordneten Ablenkelements.
Fig. 2b
zeigt eine Vorderansicht des in Fig. 2a dargestellten Ablenkelements.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gasbrenners umfaßt einen Luftzuführkanal 1 und eine rohrförmige Brennkammer 3, welche über eine Umlenkvorrichtung verbunden sind. welche allgemein mit 5 bezeichnet ist. Die Umlenkvorrichtung 5 enthält ein Vormischrohr 7 und einen das Vormischrohr 7 umgebenden Sekundärluftkanal 9, wobei das Vormischrohr 7 und der Sekundärluftkanal 9 im wesentlichen konzentrisch zueinander sind. Das Vormischrohr 7 ist im wesentlichen rechtwinklig ausgebildet, wobei ein Schenkel 11 parallel zu dem Luftzuführkanal 1 verläuft und mit der Wand des Luftzuführkanals 1 eine Eintrittsöffnung für den Sekundärluftkanal 9 bildet. Der andere Schenkel 13 des Vormischrohrs 13 liegt parallel zu der Richtung des Gasstroms in der Brennkammer 3, also parallel zu der Längsrichtung der Brennkammer 3. In das Vormischrohr 7 ist eine Zuleitung für Brenngas 15 geführt, welches über eine Brenngasdüse 17 in den Luftstrom in dem Vormischrohr 7 abgeben und mit diesem vermischt wird. An der Mündung des Vormischrohrs 7 in die Brennkammer 3 ist eine Zündelektrode 19 zum Zünden des austretenden fetten Luft/Brenngasgemisches vorgesehen. Neben der unmittelbaren Verbrennung dieses Brennstoffgemischs findet eine Sekundärverbrennung mit der über den Sekundärluftkanal 9 zugeführten Sekundärluft statt.
Zur Vergleichmäßigung der aus dem Vormischrohr 7 austretenden Gasströmung ist in dem Schenkel 13 ein Umlenkelement 30 eingesetzt, das in den parallel zu dem Luftzuführkanal 1 verlaufenden Schenkel 11 hineinragt.
Das Ablenkelement 30 weist in einem oberen Bereich 30a vier kreuzförmig angeordnete ebene Flächen 31 parallel zu der Richtung des Schenkels 13 auf, wobei die Enden dieses Kreuzes an den Wänden des Schenkels 13 des Vormischrohrs anliegen. In einem unteren Bereich 30b geht der kreuzförmige Querschnitt in abgewinkelte ebene Schaufelabschnitte 32 über. Diese Schaufelabschnitte bilden mit der entsprechenden Fläche in Abschnitt 30a einen stumpfen Winkel und sind rotationssymmetrisch nach Art eines Propellers angeordnet, so daß sie dem aus sie auftreffenden Gasstrom jeweils einen Drehimpuls oder Drall in die gleiche Richtung verleihen. Die Schaufelabschnitte 32 müssen nicht eben sein, sondern können auch, etwa nach Art einer Turbinenschaufel, gekrümmt sein.
Das Ablenkelement 30 hat eine doppelte Funktion. Durch den kreuzförmigen Teil in dem Bereich 30a, welcher in den Bereich des Schenkels 11 des Vormischrohrs 7 hineinragt, wird der Anteil der Gasströmung in dem Vormischrohr 7 begrenzt, der zu der Außenseite der Brennkammer 3 geführt wird. Dieser Anteil ist umso kleiner, je weiter das Element 30 in den Schenkel 11 hineinragt. Dadurch wird das Ungleichgewicht kompensiert, das ansonsten zwischen der Strömung auf der Außen- und der Innenseite der Brennkammer 3 existieren würde. Die schaufelförmigen Abschnitte 32 verleihen dem jeweils auf sie auftreffenden Gasstrom einen Drehimpuls, jeweils in dieselbe Richtung, so daß ein Wirbel mit einer Rotationsachse im wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung in der Brennkammer 3, also parallel zu deren Längsachse, entsteht. Dadurch findet eine weitergehende Vergleichmäßigung der aus dem Vormischrohr 7 austretenden Gasströmung statt, welche letztendlich bewirkt, daß ein weitgehend gleichmäßiger Austritt des Luft/Brenngas-Gemischs und damit eine gleichmäßige Verbrennung, bezogen auf den Querschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung in der Brennkammer 3, stattfindet.
In dem Sekundärluftkanal 9 sind Luftleitflächen 40 und 42 angeordnet, welche in Fig. 1a und 1b mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Diese Luftleitflächen haben die Aufgabe, den Hauptanteil der Luftströmung in dem Sekundärluftkanal 9 zu der Mündung des Vormischrohrs 7 in die Brennkammer 3 zu konzentrieren, so daß die Sekundärverbrennung optimiert wird. Demgegenüber wird die Strömung der Luft in dem Sekundärluftkanal 9 zu den Wänden der Brennkammer hin minimiert.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind in dem Sekundärluftkanal zusätzliche Mittel zur Erzeugung eines Dralls der Gasströmung mit einer Rotationsachse parallel zu der Strömungsrichtung in der Brennkammer 3 vorgesehen. Der so erzeugte Drall ist jedoch entgegengesetzt zu dem Drall, der durch die schaufelförmigen Abschnitte 32 des Ablenkelements 30 erzeugt wird. Dadurch ergibt sich eine besonders gute Vermischung der Sekundärluft mit dem austretenden Brennstoffgemisch.
Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1
Luftzuführkanal
3
Brennkammer
5
Umlenkvorrichtung
7
Vormischrohr
9
Sekundärluftkanal
11
erster Schenkel des Vormischrohrs
13
zweiter Schenkel des Vormischrohrs
15
Brenngaszufuhr
17
Brenngasdüse
19
Zündelektrode
30
Ablenkelement
30a
oberer Abschnitt des Ablenkelements
30b
unterer Abschnitt des Ablenkelements
31
kreuzförmige Luftleitflächen des Ablenkelements
32
schaufelförmiger Abschnitt des Ablenkelements
40, 42
Luftleitflächen

Claims (10)

  1. Gasbrenner, insbesondere zur Verwendung in der Küchentechnik, mit einem Luftzuführkanal (1), einer Brenngaszufuhr (15), einer Umlenkvorrichtung (5) und einer Brennkammer (3), wobei der Luftzuführkanal (1) und die Brennkammer (3) in einem Winkel zueinander angeordnet sind, die Umlenkvorrichtung (5) zwischen dem Luftzuführkanal (1) und der Brennkammer (3) angeordnet ist,
    die Umlenkvorrichtung (5) eine Vormischkammer (7) und einen Sekundärluftkanal (9) umfaßt, die Vormischkammer (7) einen ersten Abschnitt (11) parallel der Längsrichtung des Luftzuführkanals (1) und einen zweiten Abschnitt (13) parallel der Längsrichtung die Brennkammer (3) aufweist,
    die Brenngaszufuhr (15) in den ersten Abschnitt (11) der Vormischkammer (7) mündet, und
    eine Strömungsausgleichseinrichtung (30, 40, 42) zumindest zum Teil innerhalb der Umlenkeinrichtung (5) und stromabwärts der Mündungsöffnung der Brenngaszufuhr (15) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Strömungsausgleichseinrichtung (30, 40, 42) zum einen ein Aufteilen des Stroms aus einer Luft-Brenngas-Mischung in zumindest zwei Teilströme durch ein Ablenkelement (30), das zumindest ein Ende (30a) quer zur Strömungsrichtung und zu dem Luftzuführkanal (1) weisend mit Leitflächen (31) parallel zur Strömungsrichtung in der Brennkammer (3), sich von dem ersten Abschnitt (11) in den zweiten Abschnitt (13) der Vormischkammer (7) erstreckend, aufweist, und zum anderen stromab davon ein Einprägen einer Impulskomponente parallel und/oder entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung in zumindest einen Teil des Stroms aus der Luft-Brenngas-Mischung zur Vergleichmäßigung der Strömung in der Brennkammer (3), senkrecht zur Strömungsrichtung, bewirkt.
  2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Strömungsausgleichseinrichtung (30, 40, 42) den Strom aus der Luft-Brenngas-Mischung vor der Strömungsumlenkung aufteilt und einen ersten, kleineren Teilstrom zu der Außenseite der Brennkammer (3) und einen zweiten, größeren Teilstrom zu der Innenseite der Brennkammer (3) führt, wobei die Außenseite der Brennkammer weiter von dem Lufzuführkanal (1) weg als die Innenseite der Brennkammer (3) angeordnet ist.
  3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Strömungsausgleichseinrichtung (30, 40, 42) nach der Strömungsumlenkung zumindest ein Prallblech (40, 42) umfaßt, das vorzugsweise zumindest teilweise spiralförmig ausgebildet ist, wobei die Spiralachse parallel zur Strömungsrichtung in der Brennkammer (3) verläuft.
  4. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Strömungsausgleichseinrichtung (30, 40, 42) eine Einrichtung (30b, 32) zum Erzeugen einer Rotationsverwirbelung nach der Strömungsumlenkung aufweist, wobei die Achse der so erzeugten Rotation im wesentlichen parallel zu der Richtung der Strömung in der Brennkammer (3) ist.
  5. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Leitflächen (31) kreuzförmig angeordnet sind.
  6. Gasbrenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
    die kreuzförmig angeordneten Leitflächen (31) des Ablenkelements (30) an dem anderen, zu der Brennkammer (3) weisenden Ende (30b) abgewinkelt sind, so daß abgewinkelte Abschnitte (32) anstehen, die bezogen auf eine Rotation um die Längsachse des Ablenkelements (30) in die gleiche Richtung weisen.
  7. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    in der Vormischkammer (7) und/oder in dem Sekundärluftkanal (9) Mittel zur Vergleichmäßigung der Strömung in der Brennkammer (3), senkrecht zur Strömungsrichtung in der Brennkammer (3), vorgesehen sind.
  8. Gasbrenner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
    in der Vormischkammer (7) und in dem Sekundärluftkanal (9) Mittel zur Erzeugung eines Dralls der Strömung mit einer Rotationsachse parallel zu der Strömungsrichtung in der Brennkammer (3) vorgesehen sind, wobei der in der Vormischkammer (7) aufgegebene Drall entgegengesetzt zu dem Drall ist, welcher in dem Sekundärluftkanal (9) aufgegeben wird.
  9. Gasbrenner nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch
    eine Ablenkeinrichtung (40, 42) in dem Sekundärluftkanal (9), welche einen größeren Anteil der Sekundärluft zu dem Bereich der Mündung der Vormischkammer (7) in die Brennkammer (3), und
    einen kleineren Anteil der Sekundärluft zu der Außen- beziehungsweise der Innenseite der Brennkammer (3) lenkt.
  10. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Vormischkammer (7) winkelförmig ausgebildet ist und die Mittel zur Vergleichmäßigung des Gasstroms in der Brennkammer (3) in einem Bereich im wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung in der Brennkammer (3) angeordnet sind.
EP97120543A 1997-02-28 1997-11-24 Gasbrenner Expired - Lifetime EP0863366B1 (de)

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EP0863366A2 EP0863366A2 (de) 1998-09-09
EP0863366A3 EP0863366A3 (de) 1999-07-07
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