EP4023938A1 - Brenneranordnung für einen vormischbrenner - Google Patents

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EP4023938A1
EP4023938A1 EP21214581.7A EP21214581A EP4023938A1 EP 4023938 A1 EP4023938 A1 EP 4023938A1 EP 21214581 A EP21214581 A EP 21214581A EP 4023938 A1 EP4023938 A1 EP 4023938A1
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EP
European Patent Office
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burner
combustion chamber
area
mixture
inlet area
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EP21214581.7A
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EP4023938C0 (de
EP4023938B1 (de
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Hendrik Gevers
Markus Polus
Stefan Schweitzer-de Bortoli
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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    • 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
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23D2900/31019—Mixing tubes and burner heads

Definitions

  • the invention relates to a burner arrangement for a premix burner, in particular for a heating device.
  • Modern heaters are operated with a mixture of air and fuel gas.
  • air mixed with a suitable proportion of fuel gas is conveyed by a blower into a burner which has outlet openings for the mixture, which is burned in a combustion chamber after exiting the burner.
  • the mixture is controlled very precisely to avoid the formation of pollutants, so that combustion can take place as completely as possible.
  • the resulting combustion gases contain little oxygen, but depending on the fuel gas, water vapour, carbon dioxide and mainly nitrogen. Small amounts of nitrogen oxides, referred to below as NOX, can also be produced during combustion, which is undesirable but cannot be entirely avoided, especially at high combustion temperatures. Particularly high combustion temperatures occur with certain combustible gases, with z. B.
  • a burner typically used for such devices today has a burner body which is attached to or in a wall of a combustion chamber (usually in a door or service hatch) and protrudes into the combustion chamber.
  • a burner body is often, but not necessarily, designed to be rotationally symmetrical, in particular cylindrical, with respect to a longitudinal axis. Its lateral surface delimits an interior space.
  • the mixture of air and combustible gas is supplied to an inlet area of the interior of the burner body and blown out of an outlet area with many outlet openings into the combustion chamber, where it burns and releases the resulting heat to heat exchanger surfaces.
  • flow-influencing elements can be arranged in the interior of the burner body, in particular in the inlet area.
  • vanes or similar elements for swirl generation and / or turbulence can be arranged or a static mixer such.
  • the combustion temperature should be lowered, which is particularly important for future fuels containing hydrogen or pure hydrogen.
  • a burner arrangement according to claim 1 serves to solve this problem.
  • Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • the burner arrangement proposed here for a premix burner has a burner body to which a mixture of air and fuel gas can be supplied, which is attached to or in a wall of a combustion chamber, protrudes into it and has outlet openings in the combustion chamber for the mixture to exit.
  • the burner body has an interior space with an inlet area and an outlet area, with the interior space in the inlet area having at least one element for generating swirl or turbulence, so that when the mixture flows through in the inlet area, a lower internal pressure occurs than in the outlet area and than in the combustion chamber, and connection openings to the combustion chamber are present in the inlet area.
  • the area in which an element for such a flow influencing is located is counted here and in the following as part of the entry area.
  • the static pressure behaves in a flow-through system vice versa to the flow speed, which in turn depends on the flow cross-section with the volume flow remaining the same, so that there is a higher static pressure in areas with slow flow than in areas with fast flow.
  • the present invention makes use of this in order to suck in combustion gases from the combustion chamber during operation of the burner into the interior of the burner body and add them to the mixture there. For various reasons, this leads to a lower combustion temperature and thus to a lower production of pollutants, in particular NOX.
  • combustion gases contain little oxygen, i.e. can be considered almost inert, this lowers the combustion temperature and reduces the formation of pollutants, although the combustion gases, after some cooling by heat exchange during recirculation, are still at a higher temperature than the rest of the mixture.
  • One element for creating a swirl or turbulence is sufficient to create a sufficient pressure difference.
  • the entry area in the axial direction is usually very short, e.g. B. 3 mm to 20 mm [millimeters], preferably 5 mm to 10 mm, the area occupied by the element for influencing the flow is also included in the entry area.
  • the entry area has a smaller flow cross section than the exit area. This leads to a faster flow with the same volume flow as in the outlet area with a larger cross section and thus to a pressure difference that can be used for exhaust gas recirculation. Since the pressure in the combustion chamber, at least in most heaters, is close to atmospheric pressure (1 bar), small constrictions in the cross section of the inlet area are sufficient for exhaust gas recirculation, in particular constrictions with a cross-sectional area that is 5 to 30% less than that of the exit area.
  • the proportion of recirculated combustion gases depends on the size of the restriction (and/or the design of elements for flow control) and an effective total cross-sectional area of the connection openings. This can be between 2% and 20% [percent by volume] of the mixture exiting at the outlet openings, preferably between 5% and 10%.
  • the entry area preferably forms approximately 2% to 20%, in particular 5% to 10%, of the axial length of the interior space and has a lateral surface which is formed predominantly from connection openings. Since only a small pressure difference can be utilized between the combustion chamber and the inlet area, it is important for the intake of a quantity of exhaust gases that sufficiently influences the combustion temperature that the connection openings have a sufficiently large effective cross-sectional area. This depends not only on the number of connection openings and their individual cross-sectional areas, but also on their shape. It is therefore desirable to provide as many and / or large connection openings, as far as the Size of the entry area allows this and the stability of the torch body is not affected.
  • connection openings particularly preferably form a kind of annular gap (at least one or, if necessary, also several) which is interrupted by retaining webs which carry the rest of the torch body.
  • annular gap can have an axial width of 0.5 mm to 5 mm, in particular 1 mm to 3 mm.
  • such a burner may draw in additional air from the combustion chamber (in which there may not yet be any combustion gases) when starting, as a result of which the mixture intended for ignition is leaner than without recirculation.
  • this can be compensated for by adjusting the mixture to a correspondingly richer level during the ignition process or by other measures with the same effect, in order to ensure reliable ignition.
  • a premix burner 4 which can be supplied with a mixture of air and fuel from a system that is not shown, has a burner body 5 that protrudes into the combustion chamber 1 in an axial direction (see arrow).
  • the burner body 5 has an interior space 6 which is composed of an entry area 7 and an exit area 8 .
  • In the outlet area 8 there are numerous outlet openings 9 through which the mixture can flow into the combustion chamber 1, where it is burned to form combustion gases.
  • an element 11 for influencing the flow in the present example a swirl generator.
  • connection openings 10 preferably have the largest possible cross-sectional area overall in order to be able to recirculate as many combustion gases as possible. Since the inlet area 7 is usually only a few millimeters long in the axial direction, not much lateral surface 12 is available, so that the connection openings 10 take up a large part of it, although the stability of the torch body 5 must be maintained. A kind of annular gap 13 as a connecting opening 10 is favorable, with this being interrupted by (as narrow and/or as few as possible) holding webs 14 because of the stability of the burner body.
  • this annular gap 13 can be approximately at the same axial position as the element 11 . It can be formed all around the torch body 5 with a width (in the axial direction) of 0.5 mm to 5 mm, preferably 1 mm to 3 mm, being interrupted by three to ten holding webs 14, which have a width (in the circumferential direction ) from 1 mm to 10 mm. Not shown, but usable individually or together with the described system is a narrowing of the cross section of the inlet area 7, which leads to an (additionally) reduced pressure and enables or supports the described recirculation of combustion gases. Admixtures of combustion gases to the mixture of air and fuel gas reduce the production of pollutants, especially NOX, depending on their proportion.
  • the present invention enables the combustion temperature to be reduced by simple structural changes to the burner of a heating device and thus a reduction in the emission of pollutants from heating devices, in particular those that are operated with hydrogen or fuel gases containing hydrogen.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung für einen Vormischbrenner (4), mit einem Brennerkörper (5), dem ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführbar ist, der an oder in einer Wand (2) eines Verbrennungsraums (1) befestigt ist, in diesen hineinragt und im Verbrennungsraum (1) Austrittsöffnungen (9) zum Austritt des Gemisches aufweist, wobei der Brennerkörper (5) einen Innenraum (6) mit einem Eintrittsbereich (7) und einem Austrittsbereich (8) hat, wobei der Innenraum (6) im Eintrittsbereich (7) mindestens ein Element (11) zur Drall-Erzeugung oder Verwirbelung aufweist, dass bei Durchströmung mit dem Gemisch im Eintrittsbereich (7) ein niedrigerer Innendruck als im Austrittsbereich (8) und als im Verbrennungsraum (1) entsteht, und wobei im Eintrittsbereich (7) Verbindungsöffnungen (10) zum Verbrennungsraum (1) vorhanden sind. Die Erfindung ermöglicht durch einfache konstruktive Änderungen am Brenner eines Heizgerätes eine Reduzierung der Verbrennungstemperatur und damit eine Verringerung des Schadstoffausstoßes, insbesondere von Stickoxiden, bei Heizgeräten, insbesondere solchen, die mit Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Brenngasen betrieben werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung für einen Vormischbrenner, insbesondere für ein Heizgerät.
  • Moderne Heizgeräte werden mit einem Gemisch aus Luft und Brenngas betrieben. Dazu wird mit einem geeigneten Anteil an Brenngas gemischte Luft von einem Gebläse in einen Brenner gefördert, der Austrittsöffnungen für das Gemisch aufweist, welches nach dem Austritt aus dem Brenner in einem Verbrennungsraum verbrannt wird. Das Gemisch wird zur Vermeidung des Entstehens von Schadstoffen sehr genau geregelt, so dass eine möglichst vollständige Verbrennung stattfinden kann. Die entstehenden Verbrennungsgase enthalten nur noch wenig Sauerstoff, aber je nach Brenngas Wasserdampf, Kohlendioxid und hauptsächlich Stickstoff. In geringen Mengen können bei der Verbrennung auch Stickoxide, im Folgenden mit NOX bezeichnet, entstehen, was unerwünscht, aber besonders bei hohen Verbrennungstemperaturen nicht ganz vermeidbar ist. Besonders hohe Verbrennungstemperaturen entstehen bei bestimmten Brenngasen, wobei auch z. B. ein großer Anteil an Wasserstoff im Brenngas, wie er in Zukunft geplant ist, die Verbrennungstemperatur erhöhen kann. Bei der vorliegenden Erfindung geht es nicht nur um große Anlagen, sondern auch um z. B. Wandgeräte zur Erwärmung von Wasser und generell um Heizgeräte für die Beheizung von Gebäuden und/oder die Bereitstellung von warmem Wasser.
  • Ein für solche Geräte heute typischerweise verwendeter Brenner weist einen Brennerkörper auf, der an oder in einer Wand eines Verbrennungsraumes befestigt ist (meistens in einer Tür oder Wartungsklappe) und in den Verbrennungsraum hineinragt. Oft, aber nicht notwendigerweise, ist ein solcher Brennerkörper rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch, zu einer Längsachse ausgebildet. Seine Mantelfläche begrenzt einen Innenraum. Das Gemisch aus Luft und Brenngas wird einem Eintrittsbereich des Innenraums des Brennerkörpers zugeführt und aus einem Austrittsbereich mit vielen Austrittsöffnungen in den Verbrennungsraum geblasen, wo es verbrennt und die dabei entstehende Wärme an Wärmetauscher-Flächen abgibt. Es ist auch bekannt, dass in dem Innenraum des Brennerkörpers strömungsbeeinflussende Elemente angeordnet sein können, insbesondere im Eintrittsbereich. Dort können beispielsweise Leitschaufeln oder ähnliche Elemente zur Drall-Erzeugung und/oder Verwirbelung angeordnet sein oder ein statischer Mischer, wie z. B. eine Venturi-Düse. So soll eine gleichmäßige Verteilung des Gemisches auf die Austrittsöffnungen erreicht werden und damit eine möglichst schadstoffarme Verbrennung. Eine Beeinflussung der Verbrennungstemperatur ist auf diese Weise aber kaum möglich, da diese im Wesentlichen von der Art des Brenngases und dem Mischungsverhältnis mit Luft abhängt.
  • Aus der DE 100 64 259 A1 ist es auch schon bekannt, durch Rezirkulation von Verbrennungsgasen die Flammenstabilität in einem Verbrennungsraum zu beeinflussen und in der WO2004/102071 A1 wird auch schon die Reduzierung der Erzeugung von NOX durch Abgasrezirkulation in einer Art Venturi-Düse beschrieben. Allerdings erfordern die genannten Anordnungen einen relativ langen Bauraum, der oft nicht zur Verfügung steht.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme wenigstens teilweise zu lösen und ganz besonders durch Veränderungen am Brenner die Erzeugung von Schadstoffen, insbesondere NOX, zu verringern, ohne zusätzliche Komponenten oder andere wesentliche Änderungen an vorhandenen oder neuen Anlagen. Dabei soll insbesondere die Verbrennungstemperatur gesenkt werden, was für zukünftige Brennstoffe mit Anteilen von Wasserstoff oder aus reinem Wasserstoff besonders von Bedeutung ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Brenneranordnung gemäß dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, veranschaulicht die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.
  • Die hier vorgeschlagene Brenneranordnung für einen Vormischbrenner hat einen Brennerkörper, dem ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführbar ist, der an oder in einer Wand eines Verbrennungsraums befestigt ist, in diesen hineinragt und im Verbrennungsraum Austrittsöffnungen zum Austritt des Gemisches aufweist. Dabei hat der Brennerkörper einen Innenraum mit einem Eintrittsbereich und einem Austrittsbereich, wobei der Innenraum im Eintrittsbereich mindestens ein Element zur Drall-Erzeugung oder Verwirbelung aufweist, sodass bei Durchströmung mit dem Gemisch im Eintrittsbereich ein niedrigerer Innendruck als im Austrittsbereich und als im Verbrennungsraum entsteht, und wobei im Eintrittsbereich Verbindungsöffnungen zum Verbrennungsraum vorhanden sind.
  • Der Bereich, in dem sich ein Element zu einer solchen Strömungsbeeinflussung befindet, wird hier und im Folgenden mit zum Eintrittsbereich gerechnet.
  • Wie aus der Strömungslehre bekannt ist (und z. B. bei Saugstrahlpumpen angewendet wird), verhält sich der statische Druck in einem durchströmten System umgekehrt zur Strömungsgeschwindigkeit, die wiederum bei gleichbleibendem Volumenstrom vom Strömungsquerschnitt abhängt, so dass in Bereichen mit langsamer Strömung ein höherer statischer Druck herrscht als in Bereichen mit schneller Strömung. Dies macht sich die vorliegende Erfindung zu Nutze, um Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum während des Betriebes des Brenners in den Innenraum des Brennerkörpers einzusaugen und dort dem Gemisch hinzuzufügen. Das führt aus verschiedenen Gründen zu einer geringeren Verbrennungstemperatur und damit zu einer geringeren Erzeugung von Schadstoffen, insbesondere NOX.
  • Untersuchungen haben gezeigt, dass z. B. ein Drall-Erzeuger oder ein ähnliches Element im Eintrittsbereich eines Brennerkörpers trotz geringer Baulänge dazu führt, dass im Eintrittsbereich, besonders im Bereich des Drall-Erzeugers, ein deutlich niedrigerer Druck als im Austrittsbereich herrscht. Das geht so weit, dass der Druck sogar niedriger ist als im Verbrennungsraum, wo der Druck wiederum niedriger als im Austrittsbereich des Brennerkörpers sein muss, damit Gemisch aus den Austrittsöffnungen in den Verbrennungsraum austreten kann. Diese Bedingungen erlauben es, Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum durch erfindungsgemäße Verbindungsöffnungen in den Eintrittsraum einzusaugen, wo sie sich mit dem dort eingeblasenen Gemisch aus Luft und Brenngas vermischen (oder jedenfalls in dem nachfolgenden Element), so dass zu den Austrittsöffnungen nunmehr ein Gemisch aus Luft, Brenngas und rückgeführten Verbrennungsgasen gelangt. Da Verbrennungsgase wenig Sauerstoff enthalten, also fast als inert angesehen werden können, senkt dies die Verbrennungstemperatur und vermindert die Entstehung von Schadstoffen, obwohl die Verbrennungsgase nach einer gewissen Abkühlung durch Wärmeaustausch bei Rückführung noch eine höhere Temperatur haben als das übrige Gemisch. Ein Element zur Drall-Erzeugung oder Verwirbelung reicht aus, um eine genügende Druckdifferenz zu erzeugen. Dabei ist der Eintrittsbereich in axialer Richtung meist sehr kurz, z. B. 3 mm bis 20 mm [Millimeter], vorzugsweise 5 mm bis 10 mm, wobei der Bereich, den das Element zur Strömungsbeeinflussung einnimmt, auch mit zum Eintrittsbereich gerechnet wird.
  • In einer besonderen Ausführungsform hat der Eintrittsbereich einen geringeren Strömungsquerschnitt als der Austrittsbereich. Dies führt zu einer schnelleren Strömung bei gleichem Volumenstrom wie im Austrittsbereich mit größerem Querschnitt und damit zu einer Druckdifferenz, die zur Abgasrückführung ausgenutzt werden kann. Da der Druck im Verbrennungsraum, jedenfalls bei den meisten Heizgeräten, in der Nähe des Atmosphärendruckes (1 bar) liegt, sind geringe Verengungen des Querschnitts des Einlassbereiches ausreichend für eine Abgasrückführung, insbesondere Verengungen mit 5 bis 30 % [Prozent] weniger Querschnittsfläche gegenüber der des Austrittsbereiches. Von der Größe der Verengung (und/oder der Bauart von Elementen zur Strömungsbeeinflussung) und einer effektiven Gesamtquerschnittsfläche der Verbindungsöffnungen hängt der Anteil an rückgeführten Verbrennungsgasen ab. Dieser kann zwischen 2 % und 20 % [Volumenprozent] des an den Austrittsöffnungen austretenden Gemisches liegen, vorzugsweise zwischen 5 % und 10 %.
  • Dabei bildet der Eintrittsbereich bevorzugt etwa 2 % bis 20 %, insbesondere 5 % bis 10 % der axialen Länge des Innenraumes und weist eine Mantelfläche auf, die zum überwiegenden Teil aus Verbindungsöffnungen gebildet ist. Da zwischen Verbrennungsraum und Eintrittsbereich nur eine geringe Druckdifferenz ausgenutzt werden kann, ist es für das Ansaugen einer die Verbrennungstemperatur genügend beeinflussenden Menge an Abgasen wichtig, dass die Verbindungsöffnungen eine genügend große effektive Querschnittsfläche haben. Diese hängt nicht nur von der Zahl der Verbindungsöffnungen und deren einzelnen Querschnittsflächen ab, sondern auch von deren Form. Es wird daher angestrebt, möglichst viele und/oder große Verbindungsöffnungen vorzusehen, soweit die Größe des Eintrittsbereiches dies zulässt und die Stabilität des Brennerkörpers nicht beeinträchtigt wird.
  • Besonders bevorzugt bilden die Verbindungsöffnungen eine Art Ringspalt (mindestens einen oder bei Bedarf auch mehrere), der von Haltestegen unterbrochen ist, die den restlichen Brennerkörper tragen. Ein solcher Ringspalt kann eine axiale Breite von 0,5 mm bis 5 mm aufweisen, insbesondere 1 mm bis 3 mm.
  • Es sei erwähnt, dass ein solcher Brenner beim Starten unter Umständen zusätzliche Luft aus dem Verbrennungsraum (in dem sich dann möglicherweise noch keine Verbrennungsgase befinden) ansaugt, wodurch das zum Zünden vorgesehene Gemisch magerer ist als ohne Rückführung. Dies kann aber durch eine entsprechend fettere Einstellung des Gemisches beim Zündvorgang oder andere gleichwirkende Maßnahmen ausgeglichen werden, um eine sichere Zündung zu gewährleisten.
  • Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und dessen Funktionsweise werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:
    • Fig. 1:
    einen Brennerkörper mit Verbindungsöffnungen zur Verbrennungsgasrückführung in perspektivischer Ansicht und
    Fig. 2:
    einen zentralen axialen Längsschnitt durch den Brennerkörper von Fig. 1.
  • Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch einen Ausschnitt aus einem Verbrennungsraum 1 mit einer Wand 2, in der sich eine Tür 3 (oder Klappe) befindet, an der eine Brenneranordnung befestigt ist. Ein Vormischbrenner 4, der aus einem nicht dargestellten System mit einem Gemisch aus Luft und Brennstoff versorgt werden kann, weist einen Brennerkörper 5 auf, der in einer axialen Richtung (siehe Pfeil) in den Verbrennungsraum 1 hineinragt. Der Brennerkörper 5 hat einen Innenraum 6, der sich aus einem Eintrittsbereich 7 und einem Austrittsbereich 8 zusammensetzt. Im Austrittsbereich 8 befinden sich zahlreiche Austrittsöffnungen 9, durch die das Gemisch in den Verbrennungsraum 1 strömen kann, wo es unter Bildung von Verbrennungsgasen verbrannt wird. Im Eintrittsbereich 7 befindet sich ein Element 11 zur Strömungsbeeinflussung, im vorliegenden Beispiel ein Drall-Erzeuger. Dieser bewirkt, dass sich im Eintrittsbereich 7 beim Betrieb ein geringerer Druck ausbildet als im Austrittsbereich 8 und auch als im Verbrennungsraum 1. Dies ergibt sich aus den Strömungsgeschwindigkeiten im Eintrittsbereich 7, insbesondere im Bereich des Elementes 11, bzw. im Austrittsbereich 8. Durch Verbindungsöffnungen 10 in einer Mantelfläche 12 des Eintrittsbereiches 7 werden daher beim Betrieb Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum 1 in den Eintrittsbereich 7 eingesaugt und dort mit dem übrigen Gemisch vermischt, was insbesondere durch einen Drall-Erzeuger oder ein Verwirbelungselement unterstützt wird.
  • Die Verbindungsöffnungen 10 haben, da im Allgemeinen nur eine geringe Druckdifferenz zwischen Eintrittsbereich 7 und Verbrennungsraum 1 genutzt werden kann, bevorzugt insgesamt eine möglichst große Querschnittsfläche, um möglichst viel Verbrennungsgase rückführen zu können. Da der Eintrittsbereich 7 in axialer Richtung meist nur wenige Millimeter lang ist, steht nicht viel Mantelfläche 12 zur Verfügung, so dass die Verbindungsöffnungen 10 einen großen Teil davon einnehmen, wobei aber die Stabilität des Brennerkörpers 5 erhalten bleiben muss. Günstig ist eine Art Ringspalt 13 als Verbindungsöffnung 10, wobei dieser wegen der Stabilität des Brennerkörpers von (möglichst schmalen und/oder möglichst wenigen) Haltestegen 14 unterbrochen ist. Je nach Befestigung des Elementes 11 zur Strömungsbeeinflussung kann dieser Ringspalt 13 etwa auf gleicher axialer Position mit dem Element 11 liegen. Er kann umlaufend um den Brennerkörper 5 ausgebildet sein mit einer Breite (in axialer Richtung) von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise 1 mm bis 3 mm, wobei er von drei bis zehn Haltestegen 14 unterbrochen ist, die eine Breite (in Umfangsrichtung) von 1 mm bis 10 mm haben. Nicht dargestellt, aber einzeln oder mit dem beschriebenen System gemeinsam anwendbar ist eine Querschnittsverengung des Eintrittsbereiches 7, die zu einem (zusätzlich) verringerten Druck führt und die beschriebene Rückführung von Verbrennungsgasen ermöglicht oder unterstützt. Beimischungen von Verbrennungsgasen zum Gemisch aus Luft und Brenngas verringern je nach ihrem Anteil die Produktion von Schadstoffen, insbesondere von NOX.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch einfache konstruktive Änderungen am Brenner eines Heizgerätes eine Reduzierung der Verbrennungstemperatur und damit eine Verringerung des Schadstoffausstoßes bei Heizgeräten, insbesondere solchen, die mit Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Brenngasen betrieben werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsraum
    2
    Wand
    3
    Tür (Klappe)
    4
    Vormischbrenner
    5
    Brennerkörper
    6
    Innenraum
    7
    Eintrittsbereich
    8
    Austrittsbereich
    9
    Austrittsöffnungen
    10
    Verbindungsöffnungen
    11
    Element zur Strömungsbeeinflussung
    12
    Mantelfläche
    13
    Ringspalt
    14
    Haltestege

Claims (4)

  1. Brenneranordnung für einen Vormischbrenner (4), mit einem Brennerkörper (5), dem ein Gemisch aus Luft und Brenngas zuführbar ist, der an oder in einer Wand (2) eines Verbrennungsraums (1) befestigt ist, in diesen hineinragt und im Verbrennungsraum (1) Austrittsöffnungen (9) zum Austritt des Gemisches aufweist, wobei der Brennerkörper (5) einen Innenraum (6) mit einem Eintrittsbereich (7) und einem Austrittsbereich (8) hat, wobei der Innenraum (6) im Eintrittsbereich (7) zumindest ein Element (11) wenigstens zur Drall-Erzeugung oder Verwirbelung aufweist, sodass bei Durchströmung mit dem Gemisch im Eintrittsbereich (7) ein niedrigerer Innendruck als im Austrittsbereich (8) und als im Verbrennungsraum (1) entsteht, und wobei im Eintrittsbereich (7) Verbindungsöffnungen (10) zum Verbrennungsraum (1) vorhanden sind.
  2. Brenneranordnung nach Anspruch 1, wobei der Eintrittsbereich (7) einen geringeren Strömungsquerschnitt als der Austrittsbereich (8) hat.
  3. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Eintrittsbereich (7) 1 % bis 20% des Innenraumes (6) bildet und eine Mantelfläche (12) aufweist, die zum überwiegenden Teil aus Verbindungsöffnungen (10) gebildet ist.
  4. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsöffnungen (10) eine Art von Haltestegen (14) unterbrochenen Ringspalt (13) bilden, der eine axiale Breite von 0,5 bis 5 mm aufweist.
EP21214581.7A 2021-01-04 2021-12-15 Brenneranordnung für einen vormischbrenner Active EP4023938B1 (de)

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