EP1128129A1 - Burner head with burner plate and cooling channels - Google Patents

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EP1128129A1
EP1128129A1 EP01103294A EP01103294A EP1128129A1 EP 1128129 A1 EP1128129 A1 EP 1128129A1 EP 01103294 A EP01103294 A EP 01103294A EP 01103294 A EP01103294 A EP 01103294A EP 1128129 A1 EP1128129 A1 EP 1128129A1
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burner head
pipe sections
head according
rows
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EP01103294A
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Ernst Schmidt
Albrecht Schaefer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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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
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration

Definitions

  • the invention relates to a burner head consisting of a row of slots and / or perforated metal plate on one side between the Rows of slots and / or holes with coolant flowing through them Pipe sections is connected.
  • Such a burner head is known from DE 87 03 407 U1.
  • the Pipe sections combined into a pipe coil and with the metal plate soldered.
  • the combustion products contain the lowest possible nitrogen oxide content.
  • the production the burner head is complicated, time-consuming and therefore very expensive.
  • the metal plate is one of these Burner head have already been designed as a composite plate, one middle layer of copper or aluminum on both sides with a stainless steel plating has been provided.
  • the stainless steel layer brings for the Metal plate good protection against corrosion and the middle copper layer has good thermal conductivity, so that the efficiency for cooling is improved.
  • the metal plate at least on the side facing the pipe sections with a stainless steel surface is provided, and that of copper or copper alloy existing pipe sections with at least one longitudinal weld Stainless steel surface of the metal plate are welded.
  • the welding process counteracts the conventional opinion a significant advance as the Disadvantages that occur for the function of the burner head are not negative Have an impact.
  • the burner head is particularly easy to manufacture by the fact that Longitudinal welds are designed as laser welds.
  • the heat transfer from the metal plate to the pipe sections can be reduced a further embodiment improve in that the metal plate in Area of the pipe sections to the convex outer curvature of the pipe sections have adapted, concavely curved receiving grooves, since the contact surfaces increase.
  • the metal plate in the area of the rows of slots and / or holes is also curved, then a defined deflection of the Metal plate reached in these areas and the metal plate breaks avoided these places.
  • the Curvatures of the metal plate in the area of the pipe sections and the rows of Slits and / or holes directed towards the same side of the metal plate are.
  • the metal plate itself can consist of ferritic stainless steel or as Connection plate made of copper with stainless steel plating.
  • the flat metal plate 10 according to FIG. 1 can consist of ferritic stainless steel and has spaced parallel rows of slots 11 and / or holes.
  • the remaining areas of the metal plate 10 are with pipe sections 20 welded, as the indicated longitudinal weld seams 30 show. It is a single longitudinal weld seam 30 is provided per tube section 20, which preferably is carried out as a laser weld seam.
  • the longitudinal weld seams 30 are made from the free side of the metal plate 10 so that in the Metal plate 10 diffusing copper is kept as low as possible.
  • the metal plate 10 can also be moved several times to one side, preferably the side free of pipe sections 20, be curved, and so between the rows of slots 11 and / or holes concave grooves 12 form for the pipe sections 20 to the contact surfaces between Metal plate 10 and pipe sections 20 to increase heat dissipation to improve.
  • the metal plate 10 can be a middle layer made of copper have and be provided on both sides with a stainless steel plating.
  • the mechanical connection can be made by two longitudinal weld seams 30 per pipe section 20 can be improved. Also in the area of the slots 11 and / or The metal plate 10 is arched to provide defined expansion movements obtained and to avoid breaks in the metal plate 10 at these points.
  • FIG. 3 shows that they are welded to the metal plate 10
  • Pipe sections 20 on the input and output sides via manifolds 40 and Connection piece 50 are combined to in all pipe sections 20th to achieve the same flow, pressure and heat dissipation properties.
  • the pipe sections 20 can be inserted into the connecting pieces 50 and / or be soldered or screwed to them.
  • the coolant system is connected.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

The burner head has a metal plate (10) with rows of slits and/or holes, with tube sections (20) on one side of the plate between the rows of slits (11) to carry flows of a coolant liquid. The metal plate has a fine steel surface at least on the side towards the cooling tubes (20). The cooling tubes (20) are of copper, or a copper alloy, bonded to the fine steel surface of the metal plate (10) by longitudinal welded seams (30). The seams (30) are formed by laser welding. The metal plate (10) can be of ferrite fine steel, or it is a compound plate of copper with a fine steel cladding.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf aus einer mit Reihen von Schlitzen und/oder Löchern versehenen Metallplatte, die auf einer Seite zwischen den Reihen von Schlitzen und/oder Löchern mit von Kühlflüssigkeit durchflossenen Rohrabschnitten verbunden ist.The invention relates to a burner head consisting of a row of slots and / or perforated metal plate on one side between the Rows of slots and / or holes with coolant flowing through them Pipe sections is connected.

Ein derartiger Brennerkopf ist aus der DE 87 03 407 U1 bekannt. Dabei sind die Rohrabschnitte zu einer Rohrschlange zusammengefasst und mit der Metallplatte verlötet. Mit einem derartigen Brennerkopf wird erreicht, dass die Verbrennungsprodukte einen möglichst niedrigen Stickoxydanteil enthalten. Die Herstellung des Brennerkopfes ist jedoch kompliziert, zeitaufwendig und daher sehr teuer.Such a burner head is known from DE 87 03 407 U1. Here are the Pipe sections combined into a pipe coil and with the metal plate soldered. With such a burner head it is achieved that the combustion products contain the lowest possible nitrogen oxide content. The production the burner head is complicated, time-consuming and therefore very expensive.

Wie die DE 94 13 147 U1 zeigt, ist die Metallplatte eines derartigen Brennerkopfes auch schon als Verbundplatte ausgebildet worden, wobei eine mittlere Schicht aus Kupfer oder Aluminium auf beiden Seiten mit einer Edelstahlplattierung versehen worden ist. Die Edelstahlschicht bringt für die Metallplatte einen guten Schutz gegen Korrosion und die mittlere Kupferschicht weist eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, so das der Wirkungsgrad für die Kühlung verbessert wird. Über die Verbindung der Metallplatte mit den Rohrabschnitten und die Materialauswahl für die Rohrabschnitte sagt dieser Stand der Technik nichts aus.As DE 94 13 147 U1 shows, the metal plate is one of these Burner head have already been designed as a composite plate, one middle layer of copper or aluminum on both sides with a stainless steel plating has been provided. The stainless steel layer brings for the Metal plate good protection against corrosion and the middle copper layer has good thermal conductivity, so that the efficiency for cooling is improved. Via the connection of the metal plate with the pipe sections and the material selection for the pipe sections says this prior art nothing out.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Brennerkopf der eingangs erwähnten Art durch Wahl einer einfachen und kostengünstig ausführbaren Verbindungsart zusammen mit der Materialwahl für die Metallplatte und die Rohrabschnitte eine ausreichende Festigkeit zwischen Metallplatte und Rohrabschnitten, verbesserte Wärmeleitung zwischen Metallplatte und Rohrabschnitten und damit Kühlwirkung unter Beibehaltung des Korrosionsschutzes zu erhalten.It is an object of the invention, in a burner head of the type mentioned by choosing a simple and inexpensive type of connection with the choice of materials for the metal plate and the pipe sections sufficient strength between metal plate and pipe sections, improved Heat conduction between the metal plate and pipe sections and thus cooling effect maintaining corrosion protection.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Metallplatte zumindest auf der den Rohrabschnitten zugekehrten Seite mit einer Edelstahloberfläche versehen ist, und dass die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehenden Rohrabschnitte zumindest mit einer Längsschweissnaht mit der Edelstahloberfläche der Metallplatte verschweisst sind.This object is achieved according to the invention in that the metal plate at least on the side facing the pipe sections with a stainless steel surface is provided, and that of copper or copper alloy existing pipe sections with at least one longitudinal weld Stainless steel surface of the metal plate are welded.

Die Verwendung von Edelstahl und Kupfer oder Kupferlegierung im Verbindungsbereich bringt, wie dem Schweissfachmann bekannt ist, erhebliche Probleme, die durch besonders entwickelte Schweissverfahren, wie Kaltpress-Schweissen, Kaltfliesspress-Schweissen, Ultraschall-Schweissen, Reib-Schweissen, Diffusions-Schweissen, Wolfram-Plasmaschweissen, Mikroplasma-Schweissen oder WIG-lmpulslichtbogen-Schweissen, gelöst worden sind. Derartige spezielle Schweissverfahren sind jedoch für eine kostengünstige Fertigung des Brennerkopfes nicht geeignet.The use of stainless steel and copper or copper alloy in the connection area brings, as the welding specialist is aware, considerable problems, through specially developed welding processes, such as cold press welding, Cold extrusion welding, ultrasonic welding, friction welding, Diffusion welding, tungsten plasma welding, micro plasma welding or TIG pulse arc welding. Such special However, welding processes are for an inexpensive manufacture of the Burner head not suitable.

Obwohl die herkömmlich hergestellte Längsschweissnaht zu Lötrissigkeit neigt, wird die erforderliche Wärmeableitung erhalten bleiben. Die Metallplatte bleibt nach wie vor metallisch blank und zeigt keine Anlass- oder Glühfarben. Die Schweissverbindungen halten auch extremen Temperatur-Änderungsgeschwindigkeiten stand, wobei die geforderte Wärmeableitung gewährleistet ist.Although the conventional longitudinal weld tends to be cracked, the necessary heat dissipation will be maintained. The metal plate remains still metallic bright and shows no temper or glow colors. The Welded joints also maintain extreme temperature change rates stood, whereby the required heat dissipation is guaranteed.

Für den vorliegenden Einsatzfall bringt das Schweissverfahren entgegen der herkömmlichen Meinung einen wesentlichen Fortschritt, da die eventuell auftretenden Nachteile für die Funktion des Brennerkopfes keine negativen Auswirkungen haben.For the present application, the welding process counteracts the conventional opinion a significant advance as the Disadvantages that occur for the function of the burner head are not negative Have an impact.

Besonders einfach lässt sich der Brennerkopf dadurch herstellen, dass die Längsschweissnähte als Laser-Schweissnähte ausgeführt sind.The burner head is particularly easy to manufacture by the fact that Longitudinal welds are designed as laser welds.

Ist dabei vorgesehen, dass die Längsschweissnähte von der Metallplatte her ausgeführt sind, dann lässt sich der Anteil des in die Metallplatte diffundierenden Kupfers aus den Rohrabschnitten niedrig halten.It is provided that the longitudinal weld seams from the metal plate are carried out, then the proportion of the diffusing into the metal plate Keep copper from the pipe sections low.

Der Wärmeübergng von der Metallplatte auf die Rohrabschnitte lässt sich nach einer weiteren Ausgestaltung noch dadurch verbessern, dass die Metallplatte im Bereich der Rohrabschnitte an die konvexe Aussenwölbung der Rohrabschnitte angepasste, konkav gewölbte Aufnahmenuten aufweisen, da die Anlageflächen erhöht werden.The heat transfer from the metal plate to the pipe sections can be reduced a further embodiment improve in that the metal plate in Area of the pipe sections to the convex outer curvature of the pipe sections have adapted, concavely curved receiving grooves, since the contact surfaces increase.

Ist zudem vorgesehen, dass die Metallplatte im Bereich der Reihen von Schlitzen und/oder Löcher ebenfalls gewölbt ist, dann wird eine definierte Auslenkung der Metallplatte in diesen Bereichen erreicht und ein Brechen der Metallplatte an diesen Stellen vermieden.It is also provided that the metal plate in the area of the rows of slots and / or holes is also curved, then a defined deflection of the Metal plate reached in these areas and the metal plate breaks avoided these places.

Zur Vereinfachung der Herstellung ist dabei vorzugsweise vorgesehen, dass die Wölbungen der Metallplatte im Bereich der Rohrabschnitte und der Reihen von Schlitzen und/oder Löcher nach der gleichen Seite der Metallplatte gerichtet sind.To simplify production, it is preferably provided that the Curvatures of the metal plate in the area of the pipe sections and the rows of Slits and / or holes directed towards the same side of the metal plate are.

Die Metallplatte kann selbst aus ferritischem Edelstahl bestehen oder als Verbindungsplatte aus Kupfer mit Edelstahlplattierung bestehen.The metal plate itself can consist of ferritic stainless steel or as Connection plate made of copper with stainless steel plating.

Eine gleichmässige Kühlung der Metallplatte bei etwa gleichbleibenden Druckverhältnissen in allen Rohrabschnitten wird dadurch sichergestellt, dass die Rohrabschnitte eingangs- und ausgangsseitig mit Sammelrohren verbunden oder verbindbar sind. Als Verbindungsarten zwischen den Rohrabschnitten und Anschlussstutzen an den Sammelrohren kommen Stecklot- und Schraubverbindungen in Frage.Uniform cooling of the metal plate with approximately the same Pressure conditions in all pipe sections is ensured by the fact that the Pipe sections connected on the inlet and outlet sides with manifolds or are connectable. As connection types between the pipe sections and Connection sockets on the manifolds come with solder and screw connections in question.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutet. Es zeigen:

Fig. 1
einen Teilquerschnitt der Verbindung von zwei Rohrabschnitten und einer ebenen Metallplatte,
Fig. 2
einen Teilquerschnitt der Verbindung von zwei Rohrabschnitten mit gewölbten Teilbereichen einer Metallplatte, und
Fig. 3
eine Teildraufsicht auf den Brennerkopf, bei dem alle Rohrabschnitte eingangs- und ausgangsseitig mit Sammelrohren verbunden sind.
The invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings. Show it:
Fig. 1
a partial cross section of the connection of two pipe sections and a flat metal plate,
Fig. 2
a partial cross section of the connection of two pipe sections with curved portions of a metal plate, and
Fig. 3
a partial plan view of the burner head, in which all pipe sections are connected on the input and output sides with manifolds.

Die ebene Metallplatte 10 nach Fig. 1 kann aus ferritischem Edelstahl bestehen und weist beabstandete parallele Reihen von Schlitzen 11 und/oder Löchern auf. The flat metal plate 10 according to FIG. 1 can consist of ferritic stainless steel and has spaced parallel rows of slots 11 and / or holes.

Die verbleibenden Restbereiche der Metallplatte 10 sind mit Rohrabschnitten 20 verschweisst, wie die angedeuteten Längsschweissnähte 30 zeigen. Dabei ist pro Rohrabschnitt 20 eine einzige Längsschweissnaht 30 vorgesehen, die vorzugsweise als Läser-Schweissnaht ausgeführt wird. Die Längsschweissnähte 30 werden von der freien Seite der Metallplatte 10 aus hergestellt, damit das in die Metallplatte 10 diffundierende Kupfer möglichst gering gehalten wird.The remaining areas of the metal plate 10 are with pipe sections 20 welded, as the indicated longitudinal weld seams 30 show. It is a single longitudinal weld seam 30 is provided per tube section 20, which preferably is carried out as a laser weld seam. The longitudinal weld seams 30 are made from the free side of the metal plate 10 so that in the Metal plate 10 diffusing copper is kept as low as possible.

Wie Fig. 2 zeigt, kann die Metallplatte 10 auch mehrfach nach einer Seite, vorzugsweise der von Rohrabschnitten 20 freien Seite hin, gewölbt sein, und so zwischen den Reihen von Schlitzen 11 und/oder Löchern konkave Aufnahmenuten 12 für die Rohrabschnitte 20 bilden, um die Anlageflächen zwischen Metallplatte 10 und Rohrabschnitten 20 zu erhöhen und damit die Wärmeableitung zu verbessern. Die Metallplatte 10 kann eine Mittelschicht aus Kupfer aufweisen und beidseitig mit einer Edelstahlplattierung versehen sein. Die mechanische Verbindung kann durch zwei Längsschweissnähte 30 pro Rohrabschnitt 20 verbessert werden. Auch im Bereich der Schlitze 11 und/oder Löcher ist die Metallplatte 10 gewölbt, um definierte Dehnungsbewegungen zu erhalten und Brüche der Metallplatte 10 an diesen Stellen zu vermeiden.As shown in FIG. 2, the metal plate 10 can also be moved several times to one side, preferably the side free of pipe sections 20, be curved, and so between the rows of slots 11 and / or holes concave grooves 12 form for the pipe sections 20 to the contact surfaces between Metal plate 10 and pipe sections 20 to increase heat dissipation to improve. The metal plate 10 can be a middle layer made of copper have and be provided on both sides with a stainless steel plating. The mechanical connection can be made by two longitudinal weld seams 30 per pipe section 20 can be improved. Also in the area of the slots 11 and / or The metal plate 10 is arched to provide defined expansion movements obtained and to avoid breaks in the metal plate 10 at these points.

Die Ansicht nach Fig. 3 zeigt, dass die mit der Metallplatte 10 verschweissten Rohrabschnitte 20 eingangs- und ausgangsseitig über Sammelrohre 40 und Anschlussstutzen 50 zusammengefasst sind, um in allen Rohrabschnitten 20 gleiche Fliess-, Druck- und Wärmeableitungs-Eigenschaften zu erreichen. Dabei können die Rohrabschnitte 20 in die Anschlussstutzen 50 eingesteckt und/oder mit diesen verlötet oder verschraubt sein. An den Anschlüssen 41 der Sammelrohre 40 wird das Kühlflüssigkeitssystem angeschlossen.The view according to FIG. 3 shows that they are welded to the metal plate 10 Pipe sections 20 on the input and output sides via manifolds 40 and Connection piece 50 are combined to in all pipe sections 20th to achieve the same flow, pressure and heat dissipation properties. there the pipe sections 20 can be inserted into the connecting pieces 50 and / or be soldered or screwed to them. At the connections 41 of the manifolds 40 the coolant system is connected.

Claims (10)

Brennerkopf aus einer mit Reihen von Schlitzen und/oder Löchern versehenen Metallplatte, die auf einer Seite zwischen den Reihen von Schlitzen und/oder Löchern mit von Kühlflüssigkeit durchflossenen Rohrabschnitten verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallplatte (10) zumindest auf der den Rohrabschnitten (20) zugekehrten Seite mit einer Edelstahloberfläche versehen ist, und dass die aus Kupfer oder Kupferlegierung bestehenden Rohrabschnitte (20) zumindest mit einer Längsschweissnaht (30) mit der Edelstahloberfläche der Metallplatte (10) verschweisst sind. Burner head made of a metal plate provided with rows of slots and / or holes, which is connected on one side between the rows of slots and / or holes to pipe sections through which coolant flows,
characterized, that the metal plate (10) is provided with a stainless steel surface at least on the side facing the pipe sections (20), and that the pipe sections (20) made of copper or copper alloy are welded to the stainless steel surface of the metal plate (10) at least with a longitudinal weld seam (30). Brennerkopf nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsschweissnähte (30) als Laser-Schweissnähte ausgeführt sind.Burner head according to claim 1,
characterized,
that the longitudinal weld seams (30) are designed as laser weld seams. Brennerkopf nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsschweissnähte (30) von der Metallplatte (10) her ausgeführt sind. Burner head according to claims 1 and 2,
characterized,
that the longitudinal weld seams (30) are made from the metal plate (10). Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Metallplatte (10) im Bereich der Rohrabschnitte (20) an die konvexe Aussenwölbung der Rohrabschnitte (20) angepasste konkav gewölbte Aufnahmenuten (12) aufweisen.Burner head according to one of Claims 1 to 3,
characterized,
that the metal plate (10) in the region of the pipe sections (20) has concavely curved receiving grooves (12) adapted to the convex outer curvature of the pipe sections (20). Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Metallplatte (10) im Bereich der Reihen von Schlitzen (11) und/oder Löcher ebenfalls gewölbt ist.Burner head according to one of Claims 1 to 4,
characterized,
that the metal plate (10) is also curved in the area of the rows of slots (11) and / or holes. Brennerkopf nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wölbungen der Metallplatte (10) im Bereich der Rohrabschnitte (20) und der Reihen von Schlitzen (11) und/oder Löcher nach der gleichen Seite der Metallplatte (10) gerichtet sind.Burner head according to claims 4 and 5,
characterized,
that the curvatures of the metal plate (10) in the region of the pipe sections (20) and the rows of slots (11) and / or holes are directed towards the same side of the metal plate (10). Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Metallplatte (10) selbst aus ferritischem Edelstahl besteht.Burner head according to one of Claims 1 to 6,
characterized,
that the metal plate (10) itself consists of ferritic stainless steel. Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Metallplatte (10) als eine Verbundplatte aus Kupfer mit Edelstahlplattierung ausgebildet ist.Burner head according to one of claims 1 to 6,
characterized,
that the metal plate (10) is designed as a composite plate made of copper with stainless steel plating. Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rohrabschnitte (20) eingangs- und ausgangsseitig mit Sammelrohren (40) verbunden oder verbindbar sind. Burner head according to one of Claims 1 to 8,
characterized,
that the pipe sections (20) are connected or connectable to collecting pipes (40) on the input and output sides. Brennerkopf nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rohrabschnitte (20) mit Anschlussstutzen (50) der Sammelrohre (40) durch Steck-, Löt- oder Schraubverbindung verbunden sind.Burner head according to claim 9,
characterized,
that the pipe sections (20) are connected to the connecting piece (50) of the header pipes (40) by plug, solder or screw connection.
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