EP4075061B1 - Anordnung zur verminderung der folgen eines flammenrückschlages in einen vormisch-brenner eines heizgerätes - Google Patents

Anordnung zur verminderung der folgen eines flammenrückschlages in einen vormisch-brenner eines heizgerätes Download PDF

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EP4075061B1
EP4075061B1 EP22162975.1A EP22162975A EP4075061B1 EP 4075061 B1 EP4075061 B1 EP 4075061B1 EP 22162975 A EP22162975 A EP 22162975A EP 4075061 B1 EP4075061 B1 EP 4075061B1
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EP
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pressure
relief valve
mixture
pressure relief
arrangement according
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EP4075061C0 (de
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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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    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/82—Preventing flashback or blowback
    • F23D14/825—Preventing flashback or blowback using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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
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    • F23D—BURNERS
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D2209/10—Flame flashback
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23K2203/102—Flashback safety, e.g. inertizing devices
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    • 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 an arrangement for reducing the consequences of a flashback in a burner that is operated with a mixture of a fuel gas and air (premix burner), in particular for a heater.
  • Hydrogen as a fuel gas or as an admixture to fuel gases is becoming increasingly important, and great efforts are being made to equip new or existing heating devices to operate with it. This is not just about large systems, but also about wall-mounted devices for heating water and generally about heating devices for heating buildings and/or providing warm water. Burners for such purposes often have a burner body made of perforated sheet metal and can be designed as so-called flat or cylinder burners. Round holes are usually used, but elongated slots and other shapes of holes 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 combustion hygiene (completeness of combustion and production of pollutants).
  • the flame does not burn on or just above a burner surface, but instead migrates into the perforated plate and the fuel gas-air mixture (hereinafter also referred to simply as a mixture) is already unintentionally on the Inside of the perforated plate ignited.
  • the fuel gas-air mixture hereinafter also referred to simply as a mixture
  • flashback The risk of such back-ignition, known as flashback, is particularly great if the flame speed of the respective fuel gas-air mixture is higher than the outflow speed at the burner holes/slots. This is especially true when using pure hydrogen as fuel gas or fuel gas with a hydrogen content of e.g. B. 10% or more is the case.
  • DE 10 2019 101 329 A1 concerns the regulation of the mixing ratio of combustion air and fuel gas in a hot water device or a heater.
  • Devices and a method are specified which enable precise control of the mixing ratio of combustion air to fuel gas (lambda value) by means of non-invasive measurement, even for different compositions of the fuel gas, in particular when hydrogen is added. This is made possible with an optical filter and optical sensor present on or in the housing.
  • DE 1 238 412 B discloses various configurations of a safety device for preventing the formation of gas mixtures and for stopping explosions in fuel gas lines, consisting of the safety elements flame arrester, gas backflow valve and pressure relief valve.
  • the gas backflow valve is designed in such a way that it can shut off the gas flow in any direction of flow and the pressure relief valve is held in its open position after it opens suddenly. This ensures that if the gas-carrying hoses are destroyed, further gas supply is immediately interrupted.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems mentioned with reference to the prior art.
  • constructive ones should be Measures must be taken on and/or in the mixture path to reduce the consequences of a flashback and thus help to avoid damage to components of the mixture path and/or blower.
  • An arrangement contributes to this by reducing the consequences of a flashback of a flame into a mixture path of a premix burner in a heater, which can be operated with a mixture of fuel gas and air, with a pressure relief valve being arranged in the mixture path between a burner body and a fan, which is so (dimensioned and) set so that it is (always) closed during normal operation of the premix burner.
  • the heater in particular a condensing boiler, can be operated with hydrogen or a hydrogen-containing fuel gas.
  • the mixture path has a branch at which mixture from the fan can flow in laterally from a fan branch, but a pressure wave running in the opposite direction essentially or predominantly (only) reaches the pressure relief valve.
  • a branching which in terms of flow technology produces only small losses in normal operation, has completely different properties for a returning pressure wave than for the normal flow of the mixture. In this way, the effect of the pressure wave on the pressure relief valve can be increased and its response can be accelerated. Accordingly, a subsequent flame front can also be guided past the fan branch.
  • the pressure relief valve has little influence on normal operation, but opens in the event of overpressure due to a pressure wave, such as can be triggered by a flashback.
  • the pressure relief valve is preferably arranged and/or designed in such a way that it can be directly hit by a pressure wave triggered by a flashback and (thereby automatically) opened. Direct means here in particular that there are no deflections or installations between the point of origin of a pressure wave (burner body) and the pressure relief valve.
  • the pressure relief valve is (directly) opposite an inlet of the mixture path into the burner body, whereby it is hit frontally, for example, by a pressure wave emanating from the burner body and can respond very quickly. A subsequent flame front can then run through the open pressure relief valve.
  • the pressure relief valve can open to an outlet area behind it, which is either fireproof and pressure-resistant or pressure-equalizing. It is possible for the outlet area to be at least partially fireproof, pressure-resistant and pressure-equalizing.
  • the run-out area will generally not be the open environment, but rather a closed and/or protected area in which there are no flammable materials or materials that can be changed by expected high temperatures. The larger the volume of the compensation area, the faster the pressure is reduced.
  • the pressure reduction can be supported by suitable installations, in particular metallic sieves, perforated sheets, offset walls and the like. These also lead to a rapid reduction in the gas temperature.
  • the branch itself and/or the blower branch are shaped in such a way that a pressure wave from the burner body can essentially or predominantly run past the blower branch to the pressure relief valve.
  • a confluence angle of the fan branch that is suitable for the respective space conditions can contribute to this.
  • a narrowing of the fan branch near the branch also increases the speed of the mixture there during normal operation, which reduces the likelihood of the mixture in the fan branch igniting when a flame front passes by.
  • Opening the pressure relief valve can therefore practically always end combustion in the mixture path. Since temporarily, even when the pressure relief valve closes again, no combustible mixture (but only combustion gases) flows to the burner, the flame in the combustion chamber usually goes out, which can be detected by a flame monitor and leads to the fuel supply being switched off if the flame has not already flashed back was detected in another way.
  • FIG. 1 Schematic of part of a heater with a pressure relief valve in the mixture path.
  • Fig. 1 shows schematically parts of a heater 1, in particular a condensing boiler, which can be operated with hydrogen or a hydrogen-containing fuel gas.
  • the heater 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 kind of door in the housing 10, in which the burner body 3 is attached.
  • the mixture is guided by a fan 7 via a mixture path 5 to the burner body 3.
  • the blower is usually attached to a blower flange 9 with a blower outlet 8.
  • a mixture flow 14 (indicated by light arrows) 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 opposite the mixture flow 14 (their Direction 15 is indicated with dark arrows) followed by a flame front which, without countermeasures, would run through the entire mixture path 5 and then also reach the blower 7 and could possibly damage it due to an increase in pressure and/or temperature.
  • the mixture path 5 is specially designed with a branch 18, at which a blower branch 19 opens into a substantially straight connection between the inlet 11 and a pressure relief valve 6.
  • the pressure relief valve 6 can be opened by a pressure wave to a fireproof and pressure-absorbing or balancing outlet area 17. The opening takes place so quickly and for such a long time that the subsequent flame front runs out and the flame goes out (and thus also the flame 13 in the combustion chamber 2 ).
  • the branch 18 it can be achieved that the pressure wave practically does not get into the blower branch 19 and damages existing components or the blower 7.
  • the pressure relief valve 6 thus primarily ensures that a pressure wave triggered by a flashback cannot cause damage to the blower 7. However, it generally also means that flames in the mixture path 5 go out and combustion cannot continue there until the fuel gas supply is switched off.
  • the present invention makes it possible to significantly reduce the consequences of a flame flashback using simple and robust means and, in particular, to protect a fan 7 from it and to ensure that the flames 13 are quickly extinguished.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verminderung der Folgen eines Flammenrückschlages in einen Brenner, der mit einem Gemisch aus einem Brenngas und Luft betrieben wird (Vormisch-Brenner), insbesondere für ein Heizgerät.
  • 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 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, auf 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 speziell beim Einsatz von reinem Wasserstoff als Brenngas oder Brenngas mit einem Wasserstoffanteil von z. B. 10% oder mehr der Fall.
  • DE 10 2019 101 329 A1 betrifft die Regelung des Mischungsverhältnisses von Verbrennungsluft und Brenngas in einem Warmwassergerät oder einer Heizung. Es werden Vorrichtungen und ein Verfahren angegeben, die mittels nicht invasiver Messung eine genaue Regelung des Mischungsverhältnisses von Verbrennungsluft zu Brenngas (LambdaWert) ermöglichen, und zwar auch für unterschiedliche Zusammensetzungen des Brenngases, insbesondere bei Beimischung von Wasserstoff. Dies wird mit einem an oder in dem Gehäuse vorhandenen optischen Filter und optischer Sensor ermöglicht.
  • DE 1 238 412 B offenbart diverse Ausgestaltungen einer Sicherheitseinrichtung zur Verhütung von Gasgemischbildungen und zum Aufhalten von Explosionen in Brenngasleitungen, bestehend aus den Sicherungselementen Flammensperre, Gasrückströmventil und Überdruckventil. Dabei ist das Gasrückströmventil derart ausgebildet ist, dass es den Gasstrom in jeder Strömungsrichtung absperren kann und das Überdruckventil nach schlagartigem Öffnen in seiner Offenstellung festgehalten wird. So kann sichergestellt werden, dass beim Zerstören der gasführenden Schläuche, die weitere Gaszufuhr sofort unterbrochen wird.
  • Der grundsätzliche Einsatz eines Sicherheitsventils wird auch im Zusammenhang der Verbrennung und dem Risiko von Flammenrückschlägen bei anderen Brenngasen vorgeschlagen, wie zum Beispiel für eine Oxyfuel-Verbrennung, siehe z. B. DITARANTO M ET AL: " Combustion instabilities in sudden expansion oxy-fuel flames", COMBUSTION AND FLAME, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHING CO., INC., NEWYORK, NY.; US, AMSTERDAM, NL, Bd. 146, Nr. 3, 1. August 2006 (2006-08-01), Seiten 493-512, XPO27878623 ISSN: 0010-280, auf welchem die zweiteilige Form von Anspruch 1 basiert.
  • 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 gab es nicht.
  • 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 und/oder im Gemischweg getroffen werden, die die Folgen eines Flammenrückschlages vermindern und so Schäden an Bauteilen des Gemischweges und/oder Gebläses vermeiden helfen.
  • 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 in dem Gemischweg zwischen einem Brennerkörper und einem Gebläse ein Überdruckventil angeordnet ist, welches so (dimensioniert und) eingestellt ist, dass es im Normalbetrieb des Vormischbrenners (immer) geschlossen ist.
  • Das Heizgerät, insbesondere ein Brennwertgerät, ist mit Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Brenngas betreibbar.
  • Weiter weist der Gemischweg eine Verzweigung auf, an der Gemisch vom Gebläse aus einem Gebläsezweig seitlich einströmen kann, eine entgegen laufende Druckwelle jedoch im Wesentlichen bzw. überwiegend (nur) zum Überdruckventil gelangt. Eine solche strömungstechnisch im Normalbetreib nur geringe Verluste erzeugende Verzweigung hat für eine rücklaufende Druckwelle völlig andere Eigenschaften als für die normale Strömung des Gemisches. So kann die Wirkung der Druckwelle auf das Überdruckventil verstärkt und dessen Ansprechen beschleunigt werden. Entsprechend kann auch eine nachfolgende Flammenfront an dem Gebläsezweig vorbeigeführt werden.
  • Das Überdruckventil beeinflusst den Normalbetrieb wenig, öffnet aber bei Überdruck durch eine Druckwelle, wie sie von einem Flammenrückschlag ausgelöst werden kann.
  • Bevorzugt ist das Überdruckventil so angeordnet und/oder ausgelegt, dass es von einer durch einen Flammenrückschlag ausgelösten Druckwelle direkt getroffen und (dadurch automatisch) geöffnet werden kann. Direkt heißt hier insbesondere, dass sich keine Umlenkungen oder Einbauten zwischen dem Entstehungsort einer Druckwelle (Brennerkörper) und dem Überdruckventil befinden.
  • Insbesondere liegt das Überdruckventil einem Einlass des Gemischweges in den Brennerkörper (direkt) gegenüber, wodurch es beispielsweise von einer vom Brennerkörper ausgehenden Druckwelle frontal getroffen wird und sehr schnell ansprechen kann. Eine nachfolgende Flammenfront kann dann schon durch das geöffnete Überdruckventil laufen.
  • Typischerweise kann sich das Überdruckventil zu einem dahinter liegenden Auslaufbereich öffnen, der entweder feuerfest und druckfest oder druckausgleichend ist. Es ist möglich, dass Auslaufbereich zumindest teilweise feuerfest, druckfest und druckausgleichend ausgeführt ist. Der Auslaufbereich wird im Allgemeinen aus Sicherheitsgründen nicht direkt die freie Umgebung sein, sondern ein geschlossener und/oder geschützter Bereich, in dem sich keine brennbaren oder durch zu erwartende hohe Temperaturen veränderbaren Materialien befinden. Je größer das Volumen des Ausgleichsbereiches ist, desto schneller erfolgt ein Druckabbau. Der Druckabbau kann durch geeignete Einbauten unterstützt werden, insbesondere metallische Siebe, Lochbleche, versetzte Wände und dergleichen. Diese führen auch zu einer schnellen Verringerung der Gastemperatur.
  • Insbesondere sind die Verzweigung selbst und/oder der Gebläsezweig so geformt, dass eine Druckwelle vom Brennerkörper im Wesentlichen bzw. überwiegend an dem Gebläsezweig vorbei zum Überdruckventil laufen kann. Dazu kann ein für die jeweiligen Platzverhältnisse geeignet gewählter Einmündungswinkel des Gebläsezweiges beitragen. Auch eine Verengung des Gebläsezweiges in der Nähe der Verzweigung erhöht die dort herrschende Geschwindigkeit des Gemisches im Normalbetrieb, was bei einer vorbeilaufenden Flammenfront die Wahrscheinlichkeit einer Entzündung des Gemisches im Gebläsezweig verringert.
  • Das Öffnen des Überdruckventils kann daher praktisch immer die Verbrennung im Gemischweg beenden. Da dann vorübergehend, auch wenn das Überdruckventil wieder schließt, 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.
  • Ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf das diese jedoch nicht beschränkt ist, und die Funktionsweise des Verfahrens werden nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es stellt dar:
    Fig. 1: schematisch einen Teil eines Heizgerätes mit Überdruckventil im Gemischweg.
  • Fig. 1 zeigt schematisch Teile eines Heizgerätes 1, insbesondere eines Brennwertgerätes, welches 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 (deren Richtung 15 mit dunklen Pfeilen angedeutet ist) gefolgt von einer Flammenfront, die ohne Gegenmaßnahmen den gesamten Gemischweg 5 durchlaufen würden 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 eine im Wesentlichen gerade Verbindung zwischen dem Einlass 11 und einem Überdruckventil 6 mündet. Das Überdruckventil 6 kann von einer Druckwelle geöffnet werden zu einem feuerfesten und Druck aufnehmenden oder ausgleichenden Auslaufbereich 17. Das Öffnen erfolgt so schnell und für so lange Zeit, dass die nachfolgende Flammenfront ausläuft und die Flamme erlischt (und damit auch die Flamme 13 im Verbrennungsraum 2). Durch eine besondere Gestaltung der Abzweigung 18 kann erreicht werden, dass die Druckwelle praktisch nicht in den Gebläsezweig 19 gelangt und dort vorhandene Bauteile oder das Gebläse 7 beschädigt. Auch eine der Druckwelle folgende Flammenfront entzündet das Gemisch im Gebläsezweig 19 nicht (zumindest gelangt die im Brennerkörper 3 und dem bisher durchlaufenen Teil des Gemischweges 5 erzeugte Wärme nicht zum Gebläse 7), insbesondere wenn der Gebläsezweig 19 geeignet gestaltet ist. Dies kann durch eine Verengung in der Nähe der Verzweigung 18 und/oder durch einen geeigneten Einmündungswinkel erreicht werden. Die genaue Ausführungsform des Auslaufbereiches 17 hängt von verschiedenen Randbedingungen ab. Jedenfalls muss der Auslaufbereich 17 so liegen, dass keine Gefährdung von Sachen oder Personen im Umkreis erfolgen kann. Er muss feuerfest sein und kann durch die Größe seines Volumens (bei einem geschlossenen Auslaufbereich 17) und/oder durch geeignete, Druck abbauende Mittel (Lochbleche, Siebe, Labyrithstrukturen etc.) für einen schnellen Druckabbau sorgen. Dazu trägt auch eine große Oberfläche und Wärmeleitfähigkeit (bei gleichzeitig hoher Wärmekapazität) im Auslaufbereich 17 bei, die hohe Temperaturen des einströmenden Gases schnell ausgleichen und damit das Volumen des Gases reduzieren kann. Auch bei einem geschlossenen Auslaufbereich 17 kann ein Druckausgleich an die Umgebung vorgesehen werden. Das Überdruckventil 6 bewirkt damit primär, dass eine durch einen Flammenrückschlag ausgelöste Druckwelle keine Schäden am Gebläse 7 bewirken kann. Es führt aber im Allgemeinen auch dazu, dass Flammen im Gemischweg 5 erlöschen und sich die Verbrennung nicht dort fortsetzen kann, bis die Brenngaszufuhr abgeschaltet wird. Da die Flammenfront an dem Gebläsezweig 19 vorbei in den Auslaufraum 17 läuft und hinter der Flammenfront zunächst kein brennbares Gemisch mehr zur Verfügung steht und außerdem alle Bauteile im Gebläsezweig 19 kalt sind, führt die beschriebene Anordnung zu einem Erlöschen der Flammen, noch bevor die Brenngaszufuhr abgeschaltet wird (was nach einem Flammenrückschlag zwar auch sehr schnell erfolgt, aber nicht so schnell, wie die Flammenfront zum Gebläse 7 läuft).
  • 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.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizgerät
    2
    Verbrennungsraum
    3
    Brennerkörper
    4
    Löcher/Schlitze
    5
    Gemischweg
    6
    Überdruckventil
    7
    Gebläse
    8
    Gebläseauslass
    9
    Gebläseflansch
    10
    Gehäuse
    11
    Einlass in den Brennerkörper
    12
    Wärmetauscher
    13
    Flamme
    14
    Gemischströmung
    15
    Richtung einer Druckwelle/Flammenfront
    16
    Vormischbrenner
    17
    Auslaufbereich
    18
    Verzweigung
    19
    Gebläsezweig

Claims (9)

  1. Anordnung zur Verminderung der Folgen eines Rückschlages einer Flamme (13) in einen Gemischweg (5) eines Vormischbrenners (16) in einem Heizgerät (1), welches mit einem Gemisch aus Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Brenngas als Brenngas und Luft betreibbar ist, die Anordnung umfassend:
    • einen Vormischbrenner (16),
    • einen Gemischweg (5) des Vormischbrenners (16),
    • einen Brennerkörper (3) des Vormischbrenners (16),
    • ein Gebläse (7),
    • ein Überdruckventil (6),
    wobei in dem Gemischweg (5) zwischen dem Brennerkörper (3) und dem Gebläse (7) das Überdruckventil (6) angeordnet ist, welches so eingestellt ist, dass es im Normalbetrieb des Vormischbrenners (16) geschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Gemischweg (5) eine Verzweigung (18) aufweist, an der Gemisch vom Gebläse (7) aus einem Gebläsezweig (19) seitlich einströmen kann, eine entgegen laufende Druckwelle jedoch zum Überdruckventil (6) gelangt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Überdruckventil (6) so angeordnet und ausgelegt ist, dass es von einer durch einen Rückschlag ausgelösten Druckwelle direkt getroffen und geöffnet werden kann.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei das Überdruckventil (6) einem Einlass (11) des Gemischweges (5) in den Brennerkörper (3) gegenüber liegt.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich keine Umlenkungen oder Einbauten zwischen dem Entstehungsort der Druckwelle, also dem Vormischbrenner (16), und dem Überdruckventil (6) befinden.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Überdruckventil (6) zu einem dahinter liegenden Auslaufbereich (17) öffnen kann, der entweder feuerfest und druckfest oder druckausgleichend ist.
  6. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch 5, wobei der Auslaufbereich (17) druckausgleichend und ein geschlossener und/oder geschützter Bereich ist.
  7. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch 6, wobei dieser Auslaufbereich (17) zum Druckabbau geeignete Einbauten hat, insbesondere metallische Siebe, Lochbleche, versetzte Wände, Labyrithstrukturen.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die Verzweigung (18) oder der Gebläsezweig (19) so geformt ist, dass eine Druckwelle vom Brennerkörper (3) im Wesentlichen an dem Gebläsezweig (19) vorbei zum Überdruckventil (6) laufen kann.
  9. Heizgerät (1) mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizgerät (1) ein Brennwertgerät ist, das für den Betrieb mit Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Brenngas eingerichtet ist.
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