EP4063733B1 - Heizgerät mit einer anordnung zur verminderung der folgen eines flammenrückschlages in einem vormisch-brenner des heizgerätes - Google Patents

Heizgerät mit einer anordnung zur verminderung der folgen eines flammenrückschlages in einem vormisch-brenner des heizgerätes Download PDF

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EP4063733B1
EP4063733B1 EP22159988.9A EP22159988A EP4063733B1 EP 4063733 B1 EP4063733 B1 EP 4063733B1 EP 22159988 A EP22159988 A EP 22159988A EP 4063733 B1 EP4063733 B1 EP 4063733B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fan
branch
heater
mixture
burner body
Prior art date
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Active
Application number
EP22159988.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4063733C0 (de
EP4063733A1 (de
Inventor
Michael Paul
Klaus Richter
Jochen Grabe
Ulrich Demandewicz
Matthias Hopf
Andreas Reinert
Thomas Badenhop
Bodo Oerder
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Vaillant GmbH
Original Assignee
Vaillant GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP4063733C0 publication Critical patent/EP4063733C0/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/24—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements
    • F23N5/247—Preventing development of abnormal or undesired conditions, i.e. safety arrangements using mechanical means
    • 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
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2231/00—Fail safe
    • F23N2231/28—Fail safe preventing flash-back or blow-back

Definitions

  • the invention relates to a heating device with an arrangement for reducing the consequences of a flashback in a burner which is operated with a mixture of a fuel gas and air (premix burner).
  • DE 196 35 974 A1 concerns a gas/air mixing system for gas heaters with a fan-assisted combustion air and gas supply as well as a gas/air premix chamber, to which a combustion chamber separated by an opening is connected. There, the opening is controlled by a flap that folds up more or less in the direction of the combustion chamber based on the volume flow of air and combustion gas, thereby changing the cross-section of the opening. This should enable the modulation range of such a heater to be significantly increased, while maintaining extremely low pollutant emissions.
  • EP 3 660 399 A1 relates to a device for controlling a mixture and a method for controlling the mixture in the context of premix gas burners.
  • a regulator is provided there which is coupled to an intake duct in order to change its cross-section depending on the rotational speed of the fan. This should make it possible to regulate the gas flow rate so that the fuel-oxidant ratio remains in a range that is optimal for combustion.
  • Hydrogen as a fuel gas or as an additive to fuel gases is becoming increasingly important, and great efforts are being made to upgrade new or existing heating devices to operate with it. This does not only apply to large systems, but also to wall-mounted devices for heating water and generally to heating devices for heating buildings and/or providing hot water. Burners for such purposes often have a burner body made of perforated sheet metal and can be designed as so-called flat or cylindrical burners. Round holes are usually used, but elongated slots and other hole shapes are also possible. The dimensions of the holes as well as their number/area unit and arrangement influence the flame stability during combustion in a combustion chamber as well as the combustion hygiene (completeness of combustion and production of pollutants).
  • the flame does not burn on or just above the burner surface as desired, but instead migrates into the perforated plate and the fuel gas-air mixture (hereinafter also referred to simply as the mixture) ignites unintentionally on the inside of the perforated plate.
  • the fuel gas-air mixture hereinafter also referred to simply as the mixture
  • the risk of such a flashback is particularly high if the flame speed of the respective fuel gas-air mixture is higher than the outflow speed at the burner holes/slots. This is particularly the case when pure hydrogen is used as the fuel gas or fuel gas with a hydrogen content of e.g. 10% or more.
  • US 2012/135360 A1 relates to a furnace having a premix burner in which flashback may occur. Further, means are provided for preventing or extinguishing flashback in a boundary layer of fluid extending along the length of the tube upstream of the outlet. In one embodiment, means are provided for electrically charging the tube and in another embodiment, means are provided for cooling the tube.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems mentioned with reference to the prior art.
  • constructive Measures should be taken on or in the mixture path to reduce the consequences of a flashback and thus help to avoid damage to components of the mixture path or fan.
  • No moving parts should be used in the mixture path to ensure a long, maintenance-free service life.
  • An arrangement contributes to reducing the consequences of a flashback of a flame into a mixture path of a premix burner in a heating device which can be operated with a mixture of fuel gas and air, wherein the mixture path between a burner body and a fan is designed such that it has the function of a fluidic diode or is designed as a fluidic diode, namely has different flow resistances for different flow directions and/or different flow velocities.
  • the fan is arranged in a fan branch of the mixture path, which is designed as a lateral branch from a main branch.
  • a branch or abrupt diversion does not represent a particular obstacle for a relatively slow flow from the fan to the burner body, but a pressure wave is more likely to flow past the branch and propagate further in the main branch.
  • a fluidic diode is in particular a passive device that has a lower flow resistance in the preferred direction than in the opposite direction.
  • the fluidic diode can be formed in one or more sections of the mixture path. It is possible for one or more fluidic diodes to be formed with a different number, shape, orientation and/or dimension of flow influencers.
  • Such flow influencers can be arranged in the mixture path and/or can be designed to protrude into it with/on a wall of the mixture path.
  • a flow influencer can in particular form flow bottlenecks, dead zones, partial channels, etc. in the mixture path. Flow influencers that generate flow resistance effects of varying strengths depending on the direction and/or the speed of the gas flow flowing past them are preferred.
  • the aim is to oppose as little flow resistance as possible to the flow in normal operation, but to generate a high flow resistance in the case of a flow in the opposite direction, which also has a considerably higher speed, which weakens a pressure wave and extinguishes a subsequent flame front.
  • the mixture path is preferably designed such that mixture can flow from the fan to the burner body at speeds of 0.5 to 10 m/s [meters/second] essentially unhindered and/or only slightly influenced, while a pressure wave in the opposite direction at speeds of over 500 up to 3000 m/s (speed in the supersonic range) essentially cannot propagate (back) to the fan.
  • the branching is designed in such a way that the fan branch is shielded from flows emanating from the burner body in the main branch by a shield, so that such flows are guided past the fan branch.
  • the shield can be formed by an acute-angled corner that protrudes into the main branch (viewed in a longitudinal section), which can be easily implemented by shaping the branch accordingly. Viewed three-dimensionally, it is a curved edge that protrudes into the main branch.
  • Other types of shielding, such as baffles or wall projections, are possible.
  • the blower branch tapers from the blower towards the branch. This also results in a rapidly advancing pressure wave emanating from the burner body passing the blower branch.
  • the main branch preferably ends at an end opposite the burner body behind the branching of the fan branch in a rounded deflection shape that is designed to deflect a pressure wave coming from the burner body back into the main branch.
  • a pressure wave is deflected or at least swirled so that it weakens itself and hinders the further advance of a subsequent flame front, which can even contribute to its extinguishing.
  • the exact design of the deflection shape in connection with the branching of the fan branch depends on the local conditions and can be determined mathematically, by simulation or experimentally.
  • the main branch ends at an end opposite the burner body behind the branching of the fan branch in an outlet area that is designed to reduce a pressure wave coming from the burner body.
  • Even a simple wall reflects a pressure wave and thereby weakens it.
  • a flame front also runs against the wall, but cannot be reflected because there is hardly any combustible mixture behind it.
  • the outlet area has a damping means for a pressure wave, which preferably also serves as a means for absorbing heat from a flame front.
  • a damping means for a pressure wave which preferably also serves as a means for absorbing heat from a flame front.
  • Any type of fireproof fitting, particularly made of metal, is suitable as a damping means.
  • Components that divide and/or divert the flow are particularly suitable, e.g. wire nets, offset perforated plates, grids or honeycomb bodies and the like.
  • the measures described can ensure that combustion in the mixture path is practically always terminated after a flashback. Since no combustible mixture (only combustion gases) flows to the burner for a while, the flame in the combustion chamber usually also goes out, which can be detected by a flame detector and leads to the fuel supply being shut off if the flashback has not already been detected in another way.
  • Fig.1 shows schematically parts of a heating device 1, in particular a condensing boiler, which can be operated in particular with hydrogen or a hydrogen-containing fuel gas.
  • the heating device 1 has a combustion chamber 2 with a housing 10, in which a flame 13 burns during operation, the heat of which is dissipated by a heat exchanger 12.
  • the flame 13 is generated by a premix burner 16, which is arranged in the combustion chamber 2 and has a burner body 3 with holes 4 (or differently shaped openings, e.g. slots).
  • a mixture of air and fuel gas is supplied to the burner body 3 through an inlet 11.
  • the inlet 11 is often designed as a type of door in the housing 10, in which the burner body 3 is fastened.
  • the mixture is guided by a fan 7 via a mixture path 5 to the burner body 3.
  • the fan is usually attached to a fan flange 9 with a fan outlet 8.
  • a mixture flow 14 (indicated by light arrows) occurs through the mixture path 5 from the fan 7 to the burner body 3.
  • the entire mixture contained in the burner body 3 ignites practically explosively and initially generates a pressure wave 15 (indicated by dark arrows) opposite to the mixture flow 14, followed by a flame front which, without countermeasures, would pass through the entire mixture path 5 and then also reach the fan 7 and possibly damage it by increasing the pressure and/or temperature.
  • the mixture path 5 is specially designed with a branch 18 at which a fan branch 19 opens into a main branch 20 (an essentially straight connection between the inlet 11 and a deflection form 24).
  • the deflection form 24 and the branch 18 increase the flow resistance for the mixture from the fan 7 to the burner body 3 only slightly, but in the event of a flashback, they cause a resulting pressure wave 15 to run past the branch 18 on the fan branch 19 in the opposite direction, to be deflected in the deflection form 24 (indicated by a corresponding dark arrow) and thereby
  • the blower branch 19 opens at an angle, so that an acute angle is formed, the corner or edge of which protrudes into the mixture path 5 acts as a shield 6.
  • a tapering of the blower branch 19 in the direction of the branch 18 also supports the desired effect.
  • the deflection form 24 can have an approximately spherical shape or at least in some areas a spherical surface.
  • Fig. 2 shows another embodiment in which a discharge area 17 is provided instead of the deflection form 24.
  • the remaining parts are analogous to Fig.1 and provided with reference symbols.
  • the outlet area 17 also causes a reduction in a pressure wave 15 that has passed the branch, so that it cannot cause any damage to the fan branch 19 or fan 7.
  • damping means 21 e.g. metallic grids, sieves, perforated sheets, honeycomb bodies or the like, are present in the outlet area 17, which divide, deflect or absorb the flow of a pressure wave 15.
  • damping means 21 e.g. metallic grids, sieves, perforated sheets, honeycomb bodies or the like
  • the present invention makes it possible to significantly reduce the consequences of a flashback using simple and robust means and, in particular, to protect a fan 7 against it and to achieve a rapid extinguishing of the flames 13.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Heizgerät mit einer Anordnung zur Verminderung der Folgen eines Flammenrückschlages in einen Brenner, der mit einem Gemisch aus einem Brenngas und Luft betrieben wird (Vormisch-Brenner).
  • DE 196 35 974 A1 betrifft ein Gas/Luft-Mischsystem für Gasheizgeräte mit einer gebläse-unterstützten Verbrennungsluft- und einer Gaszufuhr sowie einer Gas/Luft-Vormischkammer, an die sich eine von einer Öffnung getrennte Brennkammer anschließt. Dort wird die Öffnung von einer Klappe beherrscht, die aufgrund des Volumenstromes von Luft und Brenngas mehr oder weniger in Richtung zum Brennraum hochklappt und damit den Querschnitt der Öffnung verändert. Damit soll der Modulationsbereich eines derartigen Heizgerätes deutlich vergrößert werden können, und dies bei Einhaltung extrem niedriger Schadstoff-Emission.
  • EP 3 660 399 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gemisches und ein Verfahren zur Steuerung des Gemisches im Rahmen von Vormischgasbrennern. Dort ist ein Regler vorgesehen, der mit einem Ansaugkanal gekoppelt ist, um dessen Querschnitt in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Gebläses zu verändern. Damit soll ermöglicht sein, den Gasdurchsatz so regeln, dass das Brennstoff-Oxidationsmittel-Verhältnis in einem für die Verbrennung optimalen Bereich bleibt.
  • Wasserstoff als Brenngas oder als Beimischung zu Brenngasen wird immer wichtiger, und es werden große Anstrengen unternommen, neue oder auch existierende Heizgeräte für einen Betrieb damit zu ertüchtigen. Dabei geht es nicht nur um große Anlagen, sondern auch um Wandgeräte zur Erwärmung von Wasser und generell um Heizgeräte für die Beheizung von Gebäuden und/oder die Bereitstellung von warmem Wasser. Brenner für solche Zwecke haben häufig einen Brennerkörper aus gelochtem Blech und können als sogenannte Flach- oder Zylinderbrenner ausgeführt werden. Meist werden runde Löcher verwendet, aber auch längliche Schlitze und andere Formen der Löcher sind möglich. Die Dimensionierung der Löcher sowie deren Anzahl/Flächeneinheit und Anordnung hat Einfluss auf die Flammenstabilität bei einer Verbrennung in einem Verbrennungsraum sowie auf die Verbrennungshygiene (Vollständigkeit der Verbrennung und Produktion von Schadstoffen). Je nach Eigenschaften eines eingesetzten Brenngases kann es bei gegebenem Brenner dazu kommen, dass die Flamme nicht - wie gewünscht - auf oder kurz oberhalb einer Brenneroberfläche brennt, sondern in das Lochblech hineinwandert und sich das Brenngas-Luftgemisch (im Folgenden auch einfach als Gemisch bezeichnet) bereits ungewollt auf der Innenseite des Lochbleches entzündet. Dies kann, insbesondere bei häufigem Auftreten zu thermischer Überlastung von Bauteilen im Brenner und/oder in einem vorgelagerten Gemischweg führen. Die Gefahr eines solchen Rückzündens, auch Flammenrückschlag genannt, ist dann besonders groß, wenn die Flammengeschwindigkeit des jeweiligen Brenngas-Luftgemisches höher ist als die Ausström-Geschwindigkeit an den Brennerlöchern/-schlitzen. Dies ist insbesondere beim Einsatz von reinem Wasserstoff als Brenngas oder Brenngas mit einem Wasserstoffanteil von z. B. 10% oder mehr der Fall.
  • Es ist daher einerseits sinnvoll, das Risiko eines Flammenrückschlag durch geeignete Betriebsparameter zu minimieren und dennoch auftretende Flammenrückschläge schnell zu detektieren und die Brenngaszufuhr zu beenden, wozu verschiedene Sensoren und die Auswertung von deren Signalen dienen können. Andererseits hat sich bei Untersuchungen gezeigt, dass sich bei einem Flammenrückschlag das Volumen an Gemisch in dem Brennerkörper sehr schnell komplett entzündet und dann zunächst eine Druckwelle in den Gemischweg vor dem Brenner auslöst, gefolgt von einer Flammenfront, so dass sich das Gemisch im Gemischweg ebenfalls entzündet und dort umso heftiger brennt und Wärme entwickelt je größer der Wasserstoffanteil im Brenngas ist. Dies kann insbesondere bei Vormisch-Brennern, bei denen das Brenngas bereits vor einem Gebläse zugemischt wird, zu Schäden am Gebläse führen, insbesondere wenn es Teile (z. B. ein Lüfterrad) aus Kunststoff enthält, was im Allgemeinen der Fall ist.
  • Bisher wird der Gemischweg in Heizgeräten hauptsächlich in Bezug auf die Zuführung von Gemisch zum Brenner optimiert, um den Energieaufwand für die Zuführung (und damit die Leistung des Gebläses) gering zu halten. Besondere konstruktive Maßnahmen zur Beherrschung eines Flammenrückschlages oder zur Minderung von dessen Folgen wurden nicht gezielt getroffen.
  • US 2012/135360 A1 bezieht sich auf einen Ofen mit einem Vormischbrenner, bei dem ein Flammenrückschlag auftreten kann. Weiter sind Mittel zur Verhinderung oder Löschung eines Rückschlags in einer Grenzschicht des Fluids, die sich entlang der Länge der Röhre stromaufwärts vom Auslass erstreckt, vorgesehen. In einer Ausführungsform sind Mittel zum elektrischen Aufladen der Röhre und in einer anderen Ausführungsform Mittel zur Kühlung der Röhre vorgesehen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik genannten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen konstruktive Maßnahmen am oder im Gemischweg getroffen werden, die die Folgen eines Flammenrückschlages vermindern und so Schäden an Bauteilen des Gemischweges oder Gebläses vermeiden helfen. Dabei sollen keine beweglichen Teile im Gemischweg verwendet werden, um eine wartungsfreie lange Lebensdauer zu ermöglichen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Anordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch. 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.
  • Dazu trägt eine Anordnung bei zur Verminderung der Folgen eines Rückschlages einer Flamme in einen Gemischweg eines Vormischbrenners in einem Heizgerät, welches mit einem Gemisch aus Brenngas und Luft betreibbar ist, wobei der Gemischweg zwischen einem Brennerkörper und einem Gebläse so gestaltet ist, dass er die Funktion einer fluidischen Diode aufweist bzw. als fluidische Diode ausgeführt ist, nämlich für unterschiedliche Strömungsrichtungen und/oder unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten unterschiedliche Strömungswiderstände aufweist.
  • Dabei ist das Gebläse in einem Gebläsezweig des Gemischweges angeordnet, der als seitliche Verzweigung von einem Hauptzweig ausgebildet ist. Eine solche Verzweigung bzw. abrupte Umlenkung stellt für eine relativ langsame Strömung vom Geläse zum Brennerkörper kein besonderes Hindernis dar, eine Druckwelle strömt jedoch eher an der Verzweigung vorbei und pflanzt sich weiter im Hauptzweig fort.
  • Bei einer fluidischen Diode handelt es sich insbesondere um eine passive Vorrichtung, die einen geringen Strömungswiderstand in der Vorzugsrichtung als in der Gegenrichtung aufweist. Die fluidische Diode kann in einem oder mehreren Teilabschnitten des Gemischweges ausgebildet sein. Es ist möglich, dass eine oder mehrere fluidische Dioden mit einer unterschiedlichen Anzahl, Form, Ausrichtung und/oder Dimension von Strömungsbeeinflussern ausgebildet ist. Solche Strömungsbeeinflusser können in dem Gemischweg angeordnet und/oder mit/an einer Wand des Gemischweges in diesen hineinragend ausgeführt sein. Ein Strömungsbeeinflusser kann insbesondere Strömungsengpässe, Totgebiete, Teilkanäle, etc. in dem Gemischweg ausbilden. Bevorzugt sind Strömungsbeeinflusser, die in Abhängigkeit der Richtung und/oder der Geschwindigkeit des daran vorbeiströmenden Gasstroms unterschiedlich starke Strömungswiderstandseffekte erzeugen. Dabei ist das Ziel, der Strömung im Normalbetreib möglichst wenig Strömungswiderstand entgegenzusetzen, jedoch bei einer Strömung in Gegenrichtung, die zudem eine erheblich höhere Geschwindigkeit aufweist, einen hohen Strömungswiderstand zu erzeugen, der eine Druckwelle schwächt und eine nachfolgende Flammenfront erlöschen lässt.
  • Der Gemischweg ist bevorzugt so ausgelegt, dass Gemisch vom Gebläse zum Brennerkörper mit Geschwindigkeiten von 0,5 bis 10 m/s [Meter/Sekunde] im Wesentlichen hindernisfrei und/oder nur geringfügig beeinflusst strömen kann, während sich eine Druckwelle in Gegenrichtung mit Geschwindigkeiten über 500 bis zu 3000 m/s (Geschwindigkeit liegt im Überschallbereich) im Wesentlichen nicht bis zum Gebläse (zurück) fortpflanzen kann.
  • Insbesondere ist die Verzweigung so gestaltet, dass der Gebläsezweig gegenüber vom Brennerkörper ausgehenden Strömungen im Hauptzweig durch eine Abschirmung abgeschirmt ist, so dass solche Strömungen am Gebläsezweig vorbei geleitet werden.
  • Dabei kann die Abschirmung durch eine in den Hauptzweig ragende spitzwinkelige Ecke (in einem Längsschnitt betrachtet) gebildet sein, was sich konstruktiv einfach verwirklichen lässt, indem die Verzweigung entsprechend geformt ist. Dreidimensional betrachtet handelt es sich um eine gekrümmte in den Hauptzweig vorstehende Kante. Andere Arten von Abschirmungen, z. B. Leitbleche oder Wandvorsprünge sind möglich.
  • Alternativ oder zur Unterstützung des gewünschten Effektes verjüngt sich der Gebläsezweig vom Gebläse in Richtung Verzweigung. Auch dies führt dazu, dass eine schnell fortschreitende vom Brennerkörper ausgehende Druckwelle am Gebläsezweig vorbei läuft.
  • Der Hauptzweig endet bevorzugt an einem dem Brennerkörper gegenüberliegenden Ende hinter der Verzweigung des Gebläsezweiges in einer gerundeten Umlenkform, die gestaltet ist, eine vom Brennerkörper her einlaufende Druckwelle in den Hauptzweig zurückzulenken. Hier wird eine Druckwelle umgelenkt oder zumindest verwirbelt, so dass sie sich selbst abschwächt und eine nachfolgende Flammenfront beim weiteren Fortschreiten behindert, was sogar zu deren Erlöschen beitragen kann. Die genaue Gestaltung der Umlenkform in Verbindung mit der Verzweigung des Gebläsezweiges hängt von den örtlichen Gegebenheiten ab und kann rechnerisch, durch Simulationen oder experimentell bestimmt werden.
  • Alternativ endet der Hauptzweig an einem dem Brennerkörper gegenüberliegenden Ende hinter der Verzweigung des Gebläsezweiges in einem Auslaufbereich, der gestaltet ist, eine vom Brennerkörper her einlaufende Druckwelle abzubauen. Schon eine einfache Wand reflektiert eine Druckwelle und schwächt sie dadurch. Auch eine Flammenfront läuft gegen die Wand, kann aber nicht reflektiert werden, da hinter ihr kaum noch brennbares Gemisch vorhanden ist.
  • Insbesondere weist der Auslaufbereich ein Dämpfungsmittel für eine Druckwelle auf, das bevorzugt gleichzeitig Mittel zur Aufnahme von Wärme aus einer Flammenfront sind. Jede Art von feuerfesten Einbauten, insbesondere aus Metall, eignet sich als Dämpfungsmittel. Besonders Bauteile, die die Strömung teilen und/oder umlenken, sind geeignet, z. B. Drahtnetze, versetzte Lochbleche, Gitter oder Wabenkörper und dergleichen.
  • Die beschriebenen Maßnahmen können erreichen, dass praktisch immer die Verbrennung im Gemischweg nach einem Flammenrückschlag beendet wird. Da dann vorübergehend kein brennbares Gemisch (sondern nur Verbrennungsgase) zum Brenner strömt, erlischt meist auch die Flamme im Verbrennungsraum, was von einem Flammenwächter festgestellt werden kann und zur Abschaltung der Brennstoffzufuhr führt, falls der Flammenrückschlag nicht schon auf andere Weise detektiert wurde.
  • Schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche Teile in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es stellen dar:
    • Fig. 1:
    schematisch einen Teil eines Heizgerätes mit einer gerundeten Umlenkform in einem Hauptzweig eines Gemischweges, und
    Fig. 2:
    schematisch einen Teil eines Heizgerätes mit einem Auslaufbereich in einem Hauptzweig eines Gemischweges.
  • Fig. 1 zeigt schematisch Teile eines Heizgerätes 1, insbesondere eines Brennwertgerätes, welches insbesondere mit Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Brenngas betreibbar ist. Das Heizgerät 1 weist einen Verbrennungsraum 2 mit einem Gehäuse 10 auf, in dem beim Betrieb eine Flamme 13 brennt, deren Wärme von einem Wärmetauscher 12 abgeführt wird. Die Flamme 13 wird erzeugt von einem Vormischbrenner 16, der in dem Verbrennungsraum 2 angeordnet ist und einen Brennerkörper 3 mit Löchern 4 (oder anders geformten Öffnungen, z. B. Schlitzen) aufweist. Dem Brennerkörper 3 wird durch einen Einlass 11 ein Gemisch aus Luft und Brenngas zugeführt. Der Einlass 11 ist oft als eine Art Tür in dem Gehäuse 10 ausgebildet, in der der Brennerkörper 3 befestigt ist. Das Gemisch wird von einem Gebläse 7 über einen Gemischweg 5 zum Brennerkörper 3 geführt. Das Gebläse ist meist mit einem Gebläseauslass 8 an einem Gebläseflansch 9 angebracht. Bei einem störungsfreien Betrieb ergibt sich eine Gemischströmung 14 (durch helle Pfeile angedeutet) durch den Gemischweg 5 vom Gebläse 7 zum Brennerkörper 3. Bei einem Flammenrückschlag zündet praktisch explosionsartig das gesamte im Brennerkörper 3 enthaltene Gemisch und erzeugt zunächst eine der Gemischströmung 14 entgegengesetzte Druckwelle 15 (mit dunklen Pfeilen angedeutet) gefolgt von einer Flammenfront, die ohne Gegenmaßnahmen den gesamten Gemischweg 5 durchlaufen würde und dann auch das Gebläse 7 erreichen und eventuell durch Druck- und/oder Temperaturerhöhung beschädigen könnte. Um dies zu vermeiden ist der Gemischweg 5 besonders gestaltet mit einer Verzweigung 18, an der ein Gebläsezweig 19 in einen Hauptzweig 20 (eine im Wesentlichen gerade Verbindung zwischen dem Einlass 11 und einer Umlenkform 24) mündet. Die Umlenkform 24 und die Verzweigung 18 erhöhen den Strömungswiderstand für Gemisch vom Gebläse 7 zum Brennerkörper 3 nur wenig, bewirken jedoch bei einem Flammenrückschlag, dass eine entstehende Druckwelle 15 in Gegenrichtung an der Verzweigung 18 am Gebläsezweig 19 vorbeiläuft, in der Umlenkform 24 umgelenkt wird (angedeutet durch einen entsprechenden dunklen Pfeil) und sich selbst dadurch abschwächt. Dies wird noch dadurch unterstützt, dass der Gebläsezweig 19 schräg einmündet, so dass sich ein spitzer Winkel bildet, dessen in den Gemischweg 5 ragende Ecke oder Kante als Abschirmung 6 wirkt. Auch eine Verjüngung des Gebläsezweiges 19 in Richtung Verzweigung 18 unterstützt die gewünschte Wirkung. Die Umlenkform 24 kann eine annähernd kugelige Gestalt oder zumindest in Teilbereichen eine Kugeloberfläche aufweisen.
  • Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der statt der Umlenkform 24 ein Auslaufbereich 17 vorgesehen ist. Die übrigen Teile sind analog zu Fig. 1 ausgeführt und mit Bezugszeichen versehen. Auch der Auslaufbereich 17 bewirkt einen Abbau einer an der Verzweigung vorbeigelaufenen Druckwelle 15, so dass diese keine Schäden im Gebläsezweig 19 oder Gebläse 7 anrichten kann. Eine nachfolgende Flammenfront erlischt in vielen Fällen, ohne den Gebläsezweig 19 zu entzünden. Dieser Effekt wird unterstützt, wenn im Auslaufbereich 17 Dämpfungsmittel 21, z. B. metallische Gitter, Siebe, Lochbleche, Wabenkörper oder dergleichen vorhanden sind, die die Strömung einer Druckwelle 15 aufteilen, ablenken oder absorbieren. Diese nehmen auch Wärme auf, wenn sie von einer Flammenfront erreicht werden und können dadurch eine Verbrennung im Gemischweg 5 zum Erlöschen bringen, jedenfalls aber dem Gas viel Wärme entziehen und damit eventuelle Schäden mindern.
  • Die vorliegende Erfindung erlaubt es, mit einfachen und robusten Mitteln die Folgen eines Flammenrückschlages signifikant zu mindern und insbesondere ein Gebläse 7 davor zu schützen sowie ein schnelles Erlöschen der Flammen 13 zu erreichen.

Claims (8)

  1. Heizgerät (1), umfassend ein Gebläse, einen Gemischweg (5) und einen Vormischbrenner (16) mit einem Brennerkörper (3) sowie eine Anordnung zur Verminderung der Folgen eines Rückschlages einer Flamme (13) in dem Gemischweg (5) des Vormischbrenners (16) in dem Heizgerät (1), welches mit einem Gemisch aus Brenngas und Luft betreibbar ist, wobei der Gemischweg (5) zwischen dem Brennerkörper (3) und dem Gebläse (7) so gestaltet ist, dass er die Funktion einer fluidischen Diode aufweist, nämlich zumindest für unterschiedliche Strömungsrichtungen oder unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten unterschiedliche Strömungswiderstände aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gemischweg (5) einen Hauptzweig (20) und einen Gebläsezweig (19) aufweist, wobei der Geläsezweig (19) als seitliche Verzweigung (18) von dem Hauptzweig (20) ausgebildet ist, und das Gebläse (7) an oder in dem Gebläsezweig (19) des Gemischweges (5) angeordnet ist.
  2. Heizgerät (1) nach Anspruch 1, wobei der Gemischweg (5) so ausgelegt ist, dass Gemisch vom Gebläse (7) zum Brennerkörper (3) mit Geschwindigkeiten von 0,5 bis 10 m/s im Wesentlichen hindernisfrei strömen kann, während sich eine Druckwelle (15) in Gegenrichtung mit Geschwindigkeiten von 500 bis 3000 m/s im Wesentlichen nicht bis zum Gebläse (7) fortpflanzen kann.
  3. Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verzweigung (18) so gestaltet ist, dass der Gebläsezweig (19) gegenüber vom Brennerkörper (3) ausgehenden Strömungen im Hauptzweig (20) durch eine Abschirmung (6) abgeschirmt ist.
  4. Heizgerät (1) nach Anspruch 3, wobei die Abschirmung (6) durch eine in den Hauptzweig (20) ragende spitzwinkelige Ecke oder Kante gebildet ist.
  5. Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gebläsezweig (19) sich vom Gebläse (7) in Richtung Verzweigung (18) verjüngt.
  6. Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei der Hauptzweig (20) an einem dem Brennerkörper (3) gegenüberliegenden Ende hinter der Verzweigung (18) des Gebläsezweiges (19) in einer gerundeten Umlenkform (24) endet, die gestaltet ist, eine vom Brennerkörper (3) her einlaufende Druckwelle (15) in den Hauptzweig (20) zurückzulenken.
  7. Heizgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei der Hauptzweig (20) an einem dem Brennerkörper (3) gegenüberliegenden Ende hinter der Verzweigung (18) des Gebläsezweiges (19) in einem Auslaufbereich (17) endet, der gestaltet ist, eine vom Brennerkörper (3) her einlaufende Druckwelle (15) abzubauen.
  8. Heizgerät (1) nach Anspruch 7, wobei der Auslaufbereich (17) Dämpfungsmittel (21) für eine Druckwelle (15) enthält, die gleichzeitig Mittel zur Aufnahme von Wärme aus einer Flammenfront sind.
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