EP1632717B1 - Flächiger atmosphärischer Gasbrenner - Google Patents

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EP1632717B1
EP1632717B1 EP05014424A EP05014424A EP1632717B1 EP 1632717 B1 EP1632717 B1 EP 1632717B1 EP 05014424 A EP05014424 A EP 05014424A EP 05014424 A EP05014424 A EP 05014424A EP 1632717 B1 EP1632717 B1 EP 1632717B1
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gas
gas burner
mixing chamber
burner according
burner
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Klaas W. Roelfsema
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Ceramat S Coop
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    • 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
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C3/00—Stoves or ranges for gaseous fuels
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D2203/103—Flame diffusing means using screens
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/105—Porous plates

Definitions

  • the invention relates to an atmospheric gas burner for decorative fires with a mixing chamber, which is closed at the top by a flame medium vorconferencedes burner medium and at the bottom of a premixing fuel gas / air supply system with a fuel gas injection nozzle and at least one opening for the supply of primary air connected.
  • Such gas burners are typically used indoors for gas-fired decorative fire, especially for chimney applications.
  • a flame image that is deceptively similar to the open wood fire is often produced by placing artificial logs and / or ceramic ashes.
  • the aim is to create a "living flame” with yellow flames. This goal can be achieved by an optimized distribution of the fuel gas / air mixture in the mixing chamber below the burner mat.
  • the flames should preferably fill the entire height of the combustion chamber.
  • Gas burners of the aforementioned type for decorative fires are in various embodiments by the US-A-5,399,084 ; DE 199 20 772 A1 ; US-A-6,053,165 ; DE 197 49 537 A1 ; DE 90 13 793.0 U1 and DE 102 15 688 A1 known.
  • the invention has for its object to provide a gas burner for decorative fire of the aforementioned, which is compact, has a realistic (and no static) flame pattern with high flame, has a low pressure drop and requires only a small supply of gas energy, typically in the Range of 2 - 4 KW lies.
  • the solution to this problem is achieved starting from the initially designated atmospheric gas burner for decorative fire with a mixing chamber, which is completed by a top of the flame surface predetermining burner medium and on the bottom side a premixing fuel gas / air supply system with a fuel gas injection nozzle and at least one opening for the supply of primary air is connected according to the invention in that in the mixing chamber a small blower with operationally substantially horizontally extending rotor blades is arranged.
  • the invention makes it possible to create a compact gas burner for decorative fire, which generates a realistic flame image with high yellow flames, has a small pressure drop and the input side requires a small gas energy.
  • An atmospheric gas burner for decorative fire is known in which by means of an AC motor or alternatively by means of a low-voltage DC motor, a device with differently shaped wing-like shape is rotated upstream of a burner plate in a chamber for influencing the flame shape.
  • the chamber, to which the fuel gas is supplied via the rotating device, is filled with granules of a nonflammable medium, which serves to distribute the fuel gas, wherein the distribution of the granules is influenced by influencing the flame shape by the rotating device in the manner of a stirrer.
  • GB 2 381 309 A From the GB 2 381 309 A is another atmospheric gas burner for decorative fire is known, which has a horizontally rotatably mounted burner tube to which fuel gas is supplied in the interior and which has at the periphery outlet openings for the flames has. Below this burner tube, a small fan is arranged with a horizontally along the burner tube extending, driven by an electric motor shaft on which radially extending watermill-like blade strips are mounted. By turning this small blower, the air is swirled around the burner tube, which in turn changes the flames emerging from the burner tube.
  • the figure shows in a highly schematic longitudinal section representation of an atmospheric gas burner for decorative fire, which has in a conventional manner a mixing chamber 1, which is closed on the upper side by a flame surface predetermining burner medium in the form of a burner mat 2.
  • the burner medium can be realized by conventional means, e.g. with fleece-like burner mats of ceramic or metallic fibers, or ceramic foam, ceramic perforated plates, porous stone plates or perforated metal plates.
  • the geometry of the mixing chamber 1 can be varied.
  • the mixing chamber is formed as a cuboid box. But it can also be polygonal, round, oval in plan view, i. in principle, have any desired geometry. The same applies to the burner mat.
  • the mixing chamber 1 has a bottom part 3 with a central opening 3 a on. At this bottom part 3, there is further attached a premixing fuel gas / air supply system 4, with a fuel gas injection nozzle 5 and a symbolically represented opening 6 for the primary air formed in the fuel gas / air supply system 4, in particular by a Venturi tube is premixed with the fuel gas.
  • the number of openings 6 is determined by the type of fuel gas. For example, LPG requires more ports than natural gas.
  • the holes can be round, but also angular or can generally have any configuration.
  • the amount of primary air supplied should be selected by appropriate design of the holes 6 so that guarantees a yellow flame.
  • the outlet opening of the fuel gas / air supply system 4 coincides with the central opening 3 a, whereby the premixed fuel gas / air mixture flows into the mixing chamber 1 and is swirled there.
  • a common distributor plate 7 in the mixing chamber 1 below the burner mat 2 promotes the homogeneous distribution of the mixture.
  • a small blower 8 is integrated, the rotor blades 8 a are positioned horizontally above the opening 3 a in the bottom part 3.
  • the small blower 8 also has an electric motor 8 b, which is located outside of the mixing chamber 1 because of the potential danger of explosion. It may be formed for example by a 24 V DC motor or by a 220 V AC motor.
  • Its vertically oriented drive shaft 8 c penetrates the lower part of the premixing fuel gas / air supply system 4. At the penetration point provides a shaft 8 c surrounding seal 9 for a gas-tight seal.
  • the motor of the fan 8 has a correspondingly low demanded by the required small fan speed. Due to the flow support of the small blower 8, the pressure drop of the gas burner in the combustion chamber is no longer so relevant. It therefore allows the designer to reduce the focal area of the gas burner, i. to create a compact gas burner. Since the small blower directs the flow vertically upward, long, vertical flames arise. The small blower 8 generates turbulences in the mixing chamber 1, which significantly improve the realistic flame pattern 10 of the gas burner. The distributor plate 7 influences the combustion only slightly.
  • the required amount of fuel gas can be reduced.
  • the illustrated gas burner has a continuous burning surface. But it may also have a plurality of spaced-apart focal surfaces.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen atmosphärischen Gasbrenner für dekorative Feuer mit einer Mischkammer, die oberseitig durch ein die Flammenfläche vorgebendes Brennermedium abgeschlossen ist und an der bodenseitig ein vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem mit einer Brenngas-Einschussdüse und mindestens einer Öffnung für die Zufuhr von Primärluft angeschlossen ist.
  • Derartige Gasbrenner finden typischerweise Anwendung im Hausbereich für gas-befeuerte dekorative Feuer, insbesondere für Kaminanwendungen. Hierbei wird häufig, durch Auflegen von künstlichen Holzscheiten und/oder keramischer Asche ein dem offenen Holzfeuer täuschend ähnliches Flammenbild erzeugt werden.
  • Angestrebt wird dabei ein "lebendiges Flammenbild" mit gelben Flammen zu erzeugen. Dieses Ziel lässt sich durch eine optimierte Verteilung des Brenngas-/Luftgemisches in der Mischkammer unterhalb der Brennermatte erreichen. Die Flammen sollen dabei vorzugsweise die gesamte Höhe des Feuerraumes ausfüllen.
  • Gasbrenner der vorgenannten Art für dekorative Feuer sind in vielfältigen Ausführungsformen durch die US-A-5,399,084 ; DE 199 20 772 A1 ; US-A-6,053,165 ; DE 197 49 537 A1 ; DE 90 13 793.0 U1 und DE 102 15 688 A1 bekannt geworden.
  • Es hat sich gezeigt, dass bei den vorgenannten atmosphärischen Gasbrennern das Flammenbild weiterhin statisch und nicht sehr realistisch ist. Die Einbauten zur oben erwähnten Verbesserung der Verteilung des Brenngas-/Luftgemisches in der Mischkammer bedingen in nachteiliger Weise einen hohen Druckabfall im Brenner. Daher ist es notwendig, eine relativ große Flammenfläche im Gasbrenner vorzusehen, um einen realistischen Flammeneffekt zu erzielen.
  • Ferner begrenzen zwei wesentliche Forderungen des Marktes die Möglichkeiten der bekannten Gasbrenner:
    • Der Markt verlangt kleine kompakte Gasfeuer
    • Gasfeuer der vorgenannten Art werden mehr und mehr Möbel in Wohnräumen. Sie verlieren ihre Rolle als Heizquellen. Es muß daher eine niedrige Gasenergie zugeführt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner für dekorative Feuer der eingangs genannten zu schaffen, der kompakt ist, ein realistisches (und kein statisches) Flammenbild mit hoher Flamme besitzt, einen niedrigen Druckabfall aufweist und nur eine geringe zugeführte Gasenergie benötigt, die typischerweise im Bereich von 2 ― 4 KW liegt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt ausgehend von dem eingangs bezeichneten atmosphärischen Gasbrenner für dekorative Feuer mit einer Mischkammer, die oberseitig durch ein die Flammenfläche vorgebendes Brennermedium abgeschlossen ist und an der bodenseitig ein vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem mit einer Brenngas-Einschussdüse und mindestens einer Öffnung für die Zufuhr von Primärluft angeschlossen ist gemäß der Erfindung dadurch, dass in der Mischkammer ein Klein-Gebläse mit betrieblich im wesentlichen horizontal verlaufenden Rotorblättern angeordnet ist.
  • Durch diese erfindungsgemäße Integration eines Klein-Gebläses werden die vorgenannten Nachteile der bekannten einschlägigen Brenner (nicht kompakt, hoher Druckverlust) vermieden und die erläuterten Markterfordernisse erfüllt. Durch die Erfindung gelingt es, einen kompakten Gasbrenner für dekorative Feuer zu schaffen, der ein realistisches Flammenbild mit hohen gelben Flammen erzeugt, einen kleinen Druckabfall aufweist und eingangsseitig eine geringe Gasenergie benötigt.
  • Aus der GB 2 345 956 A ist ein atmosphärischer Gasbrenner für dekorative Feuer bekannt, bei dem mittels eines Wechselstrommotors oder alternativ mittels eines Niedervolt-Gleichstrommotors eine Vorrichtung mit unterschiedlich gestaltbarer flügelartiger Form stromauf einer Brennerplatte in einer Kammer zur Beeinflussung der Flammenform gedreht wird. Die Kammer, der das Brenngas über die drehende Vorrichtung zugeführt wird, ist mit einem Granulat eines nicht brennbaren Mediums gefüllt, das zur Verteilung des Brenngases dient, wobei durch die drehende Vorrichtung nach Art eines Rührwerkes die Verteilung des Granulates unter Beeinflussung der Flammenform veränderbar ist.
  • Aus der GB 2 381 309 A ist ein weiterer atmosphärischer Gasbrenner für dekorative Feuer bekannt, der ein horizontal drehbar gelagertes Brenner-Rohr, dem im Innern Brenngas zugeführt wird und das an der Peripherie Austrittsöffnungen für die Flammen besitzt, aufweist. Unterhalb dieses Brenner-Rohres ist ein Kleingebläse angeordnet mit einer sich horizontal entlang des Brenner-Rohres erstreckenden, von einem Elektromotor antreibbaren Welle, auf der sich radial erstreckende wassermühlenartige Schaufelleisten angebracht sind. Durch eine Drehung dieses Kleingebläses wird die Luft um das Brenner-Rohr verwirbelt, wodurch wiederum die aus dem Brenner-Rohr austretenden Flammen verändert werden.
  • Die beiden durch diese GB-Druckschriften bekannten Gasbrenner für dekorative Feuer haben daher einen anderen Aufbau als der Gasbrenner nach der Erfindung, wobei im Fall der erstzitierten GB-Schrift kein Luftverteilungs-Gebläse und im Fall der letzteren GB-Schrift keine horizontal verlaufenden Rotorblätter eines Gebläses vorgesehen sind.
  • Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich zudem aus der Figurenbeschreibung.
  • Anhand einer in der Zeichnung in einer einzigen Figur dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird diese näher beschrieben.
  • Die Figur zeigt in einer stark schematisierten Längsschnitt-Darstellung einen atmosphärischen Gasbrenner für dekorative Feuer, der in konventioneller Weise eine Mischkammer 1 aufweist, die oberseitig durch ein die Flammenfläche vorgebendes Brennermedium in Form einer Brennermatte 2 abgeschlossen ist.
  • Das Brennermedium kann mit üblichen, konventionellen Mitteln realisiert werden, z.B. mit vliesartigen Brennermatten aus keramischen oder metallischen Fasern, bzw. aus Keramikschaum, aus keramischen Lochplatten, aus porösen Steinplatten oder aus perforierten Metallplatten.
  • Die Geometrie der Mischkammer 1 kann vielgestaltig sein. Im Fall der dargestellten Ausführung ist die Mischkammer als quaderförmige Dose ausgebildet. Sie kann aber auch in Draufsicht mehreckig, rund, oval ausgebildet sein, d.h. im Prinzip irgendeine gewünschte Geometrie aufweisen. Das gleiche gilt für die Brennermatte.
  • Die Mischkammer 1 weist ein Bodenteil 3 mit einer mittigen Öffnung 3 a auf. An diesem Bodenteil 3 ist ferner ein vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem 4 angebracht, mit einer Brenngas-Einschussdüse 5 und einer symbolisch dargestellten Öffnung 6 für die Primärluft, die in dem Brenngas/Luft-Zufuhrsystem 4, das insbesondere durch ein Venturi-Rohr gebildet ist, mit dem Brenngas vorgemischt wird. Die Anzahl der Öffnungen 6 bestimmt sich nach der Art des Brenngases. Beispielsweise erfordert Flüssiggas mehr Öffnungen als Erdgas. Die Löcher können rund sein, aber auch eckig bzw. können generell eine beliebige Konfiguration haben. Der Betrag der zugeführten Primärluft soll durch entsprechende Ausbildung der Löcher 6 so gewählt werden, dass sich garantiert eine gelbe Flamme ergibt.
  • Die Auslassöffnung des Brenngas/Luft-Zufuhrsystems 4 fällt mit der mittigen Öffnung 3 a zusammen, wodurch das vorgemischte Brenngas/Luft-Gemisch in die Mischkammer 1 einströmt und dort verwirbelt wird. Eine übliche Verteilerplatte 7 in der Mischkammer 1 unterhalb der Brennermatte 2 fördert die homogene Verteilung des Gemisches.
  • In der Mischkammer 1 ist ein Klein-Gebläse 8 integriert, dessen Rotorblätter 8 a oberhalb der Öffnung 3 a im Bodenteil 3 horizontal liegend positioniert sind. Synonym zum Begriff "Klein-Gebläse" soll auch der Begriff "Klein-Ventilator" verstanden werden. Diese Begriffe charakterisieren Gebläse bzw. Ventilatoren bis zu einer Leistung von 5 ― 20 l/min. Das Klein-Gebläse 8 besitzt ferner einen elektrischen Motor 8 b, der wegen der potentiellen Explosionsgefahr außerhalb der Mischkammer 1 angeordnet ist. Er kann beispielsweise durch einen 24 V-Gleichstrommotor oder durch einen 220 V-Wechseistrommotor gebildet sein. Seine vertikal ausgerichtete Antriebswelle 8 c durchdringt das Unterteil des vormischenden Brenngas/Luft-Zufuhrsystems 4. An der Durchdringungsstelle sorgt eine die Welle 8 c umgebende Dichtung 9 für einen gasdichten Abschluss.
  • Der Motor des Gebläses 8 weist eine entsprechend der geforderten kleinen Gebläseleistung relativ geringe Drehzahl auf. Durch die Strömungs-Unterstützung des Klein-Gebläses 8 ist der Druckabfall des Gasbrenners im Verbrennungsraum nicht mehr so relevant. Sie ermöglicht daher dem Konstrukteur, die Brennfläche des Gasbrenners zu reduzieren, d.h. einen kompakten Gasbrenner zu schaffen. Da das Klein-Gebläse die Strömung vertikal nach oben richtet, entstehen lange, vertikale Flammen. Dabei erzeugt das Klein-Gebläse 8 Turbulenzen in der Mischkammer 1, welche signifikant das realistische Flammenbild 10 des Gasbrenners verbessern. Die Verteilerplatte 7 beeinflusst dabei die Verbrennung nur leicht.
  • Ferner kann durch die Kapazität des Klein-Gebläses im Vergleich zu den gegenwärtigen Systemen die benötigte Menge an Brenngas reduziert werden.
  • Der dargestellte Gasbrenner besitzt eine durchgehende Brennfläche. Er kann aber auch mehrere beabstandet angeordnete Brennflächen aufweisen.

Claims (7)

  1. Atmosphärischer Gasbrenner für dekorative Feuer mit einer Mischkammer (1), die oberseitig durch eine die Flammenfläche vorgebende Brennermatte (2) abgeschlossen ist und an der bodenseitig ein vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem (4) mit einer Brenngas-Einschussdüse (5) und mindestens einer Öffnung (6) für die Zufuhr von Primärluft angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (1) ein Klein-Gebläse (8) mit betrieblich im wesentlichen horizontal verlaufenden Rotorblättern (8 a) angeordnet ist.
  2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (1) bodenseitig eine Öffnung (3 a) aufweist, an welche die Austrittsöffnung des vormischenden Brenngas/Luft-Zufuhrsystems (4) angeschlossen ist und in deren Bereich das Klein-Gebläse (8) angeordnet ist.
  3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klein-Gebläse (4) einen Elektromotor (8 b) als Antrieb aufweist, der außerhalb der Mischkammer (1) und des Brenngas/Luft-Zufuhrsystems (4) angeordnet ist, und dessen vertikal ausgerichtete Antriebswelle (8 c) über eine gasdichte Dichtung (9) von außen in das Innere der Mischkammer (1) geführt ist.
  4. Gasbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8 b) ein Niedervolt-Gleichstrommotor ist.
  5. Gasbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8 b) ein Wechselstrommotor ist.
  6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des Klein-Gebläses (8) im Bereich von 5 - 20 l/min liegt.
  7. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) für die Zufuhr von Primärluft so bestimmt ist, dass eine Primärluftmenge zuführbar ist, die ein gelbes Flammenbild erzeugt.
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