DE9201313U1 - Burner cylinders for premixing fan burners of gas heaters - Google Patents
Burner cylinders for premixing fan burners of gas heatersInfo
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Abstract
Description
Hoval Interliz AG, Vaduz (Liechtenstein)Hoval Interliz AG, Vaduz (Liechtenstein)
Brennzylinder für vormischendeBurning cylinder for premixing
Gebläsebrenner von Gasheizgeräten 5Fan burners of gas heaters 5
Die Erfindung betrifft einen Srennzylinder für vormischende GebLasebrenner von Gasheizgeräten gemäß demThe invention relates to a cylinder for premixing gas burners of gas heaters according to the
IU Oberbegriff des Hauptanspruchs. IU Generic term of the main claim.
Beispiels weise bei Gas heiz kesseln für Uarmwasserheizungsanlagen finden Gebläsebrenner Anwendung, bei denen ein vor der Flammenbildung meistens überstöchiometrisch vorgemischtes Gemisch aus Brenngas ' ·* und Luft einem vorzugsweise hängend in dem Gasheizgerät angeordneten Srennzylinder zugeführt wird, der als Außen wandung einen Flammenhaltezylinder aus perforiertem hitzebeständigem Blechmaterial besitzt, an dem die Flammenbildung stattfindet. Zur Erzielung einer ^e möglichst gleichmäßigen, homogenen Verteilung des Gemisches auf die gesamte zylindrische Oberfläche des Brennzylinders und zur Erzielung einer Gemischverbrennung mit möglichst niedrigen Stickoxidwerten bei gleichzeitig extrem tiefer ICohlenmonoxidbildung besitzt eine neuzeitliche Weiterentwicklung des vorgenannten Brennzylinders noch zwei weitere, ebenfalls aus perforiertem hitzebeständigem Blechmaterial bestehende Zylinder, und zwar im Flammenhaltezylinder mit radialem Abstand einen Verteilzylinder und in diesem mit radialem Abstand -10 einen Drosselzylinder. Diese drei Zylinder sind zwischen einem Anschlußflansch, der die öffnung für den Eintritt des Gemisches in den Brennzylinder enthält, und einem das gegenüberliegende Ende des Brennzylinders verschließenden Deckel angeordnet, wobei der Anschlußflansch ->■* und der Deckel mit drei konzentrischen Ringnuten ausgebildet sind,- in die die drei Zylinder mit ihren RändernFor example, gas boilers for hot water heating systems use forced draught burners in which a mixture of fuel gas and air, usually premixed to a higher than stoichiometric level before the flame is formed, is fed to a burner cylinder, which is preferably arranged suspended in the gas heater and which has a flame holding cylinder made of perforated heat-resistant sheet metal as its outer wall, where the flame is formed. In order to achieve the most even, homogeneous distribution of the mixture over the entire cylindrical surface of the burner cylinder and to achieve mixture combustion with the lowest possible nitrogen oxide levels and at the same time extremely low carbon monoxide formation, a modern development of the aforementioned burner cylinder has two further cylinders, also made of perforated heat-resistant sheet metal material, namely a distribution cylinder in the flame holding cylinder at a radial distance and a throttle cylinder in this at a radial distance - 1 0. These three cylinders are arranged between a connecting flange, which contains the opening for the mixture to enter the combustion cylinder, and a cover closing the opposite end of the combustion cylinder, whereby the connecting flange ->■* and the cover are designed with three concentric annular grooves, into which the three cylinders are inserted with their edges.
eingeschoben sind. Der äußere FLammenhaltezylinder ist an beiden Rändern in der Ringnut des Anschlußflansches und des Deckels mittels mehrerer radialer Schraubenbol-. zen befestigt, um den Anschlußflansch und den Dec !eel und damit den gesamten Brennzylinder zusammenzuhalten. Der Vertei I zy I inder und der Drosse I zy I inder sind hingegen bei der meist üblichen hängenden Anordnung des B rennzy I inders mit unten liegendem Deckel nur an ihrem unteren Rand in den Ringnuten des Deckels mittels der radialen Schraubenbolzen befestigt und am oberen Rand in den Ringnuten des Anschlußflansches axial beweglich, damit Anschlußflansch und Deckel ihren Abstand voneinander ändern können, wenn der am stärksten durch Temperaturwechsel beanspruchte äußere Flammenhaltezylinder seine axiale Länge verändert. Erforderlich ist es, die in den Ringnuten des Anschlußflansches und des Deckels befestigten Ränder des Flammenhaltezylinders auch durch eingelegte, hochtemperaturbestandige Spezia Idichtungen abzudichten, da Gasundichtigkeiten an den eingefaßten Rändern des Flammenhaltezylinders das Flammenbild und die Verbrennung erheblich stören wurden. Es hat sich bei dem vorstehend beschriebenen bekannten Brennzylinder gezeigt, daß es zur Erzielung der gewünschten gleichmäßigen Flanmenbildung und schadstoffarmen Gemischverbrennung auch wichtig ist, den Verteilzylinder an beiden Rändern in den die Ränder aufnehmenden Ringnuten gasdicht einzufassen, da Undichtigkeiten an den Zylinderrändern die gewünschte und erforderliche Gemischverteilfunktion des Verteilzylinders stören wurden. Wegen der durch den intermittierenden Brennerbetrieb ständig auftretenden großen Längenveränderungen des in der Ei ns cha Itphase des Brenners glühend sich erhitzenden Flammenhaltezylinders und wegen der damit bei dem bekannten Brennzylinder entsprechend großen Abstandsver-5 änderung zwischen Anschlußflansch und Deckel, die bei größeren Brennzylinderdimensionen für größere Gasheizgeräteleistungen über etwa 4 0 kW besonders stark wird.are inserted. The outer flame holding cylinder is fastened at both edges in the annular groove of the connection flange and the cover by means of several radial screw bolts in order to hold the connection flange and the cover and thus the entire combustion cylinder together. The distributor cylinder and the throttle cylinder, on the other hand, in the most common hanging arrangement of the combustion cylinder with the cover at the bottom, are only fastened at their lower edge in the annular grooves of the cover by means of the radial screw bolts and are axially movable at the upper edge in the annular grooves of the connection flange, so that the connection flange and cover can change their distance from each other when the outer flame holding cylinder, which is most subject to temperature changes, changes its axial length. It is necessary to seal the edges of the flame holding cylinder, which are secured in the ring grooves of the connection flange and the cover, using special, high-temperature-resistant seals, since gas leaks at the enclosed edges of the flame holding cylinder would significantly disrupt the flame pattern and combustion. It has been shown in the case of the known combustion cylinder described above that, in order to achieve the desired uniform flame formation and low-emission mixture combustion, it is also important to enclose the distribution cylinder on both edges in a gas-tight manner in the ring grooves that accommodate the edges, since leaks at the cylinder edges would disrupt the desired and required mixture distribution function of the distribution cylinder. Because of the large changes in length of the flame holding cylinder, which constantly occurs due to the intermittent burner operation and which heats up red-hot during the burner's switching-on phase, and because of the correspondingly large change in distance between the connection flange and the cover in the known burner cylinder, which becomes particularly pronounced with larger burner cylinder dimensions for larger gas heater outputs of over about 40 kW.
ist es bei dem bekannten Brennzylinder ein schwieriges Problem, den axial beweglich von einer Ringnut aufgenommenen Rand des Verteilzylinders, der sich wesentlich weniger als der Flammenhaltezylinder erhitzt und in der Länge verändert, dauerhaft und zuverlässig in der Ringnut gasdicht einzufassen. Die Konstruktion und die Montage des bekannten Brennzylinders sind auch durch die Ausbildung des aus Guß bestehenden Anschlußflansches und des aus Guß bestehenden Deckels mit drei konzentrisehen Aufnahmeringnuten für alle drei Blechzylinder sowie durch die Befestigung der Blechzylinder in den Aufnahmenuten mittels mehrerer radialer Schraubenbolzen verhältnismäßig aufwendig.With the known combustion cylinder, it is a difficult problem to permanently and reliably enclose the edge of the distribution cylinder, which is axially movable and accommodated in an annular groove and which heats up and changes in length to a much lesser extent than the flame-holding cylinder, in a gas-tight manner in the annular groove. The construction and assembly of the known combustion cylinder are also relatively complex due to the design of the cast connecting flange and the cast cover with three concentric annular grooves for all three sheet metal cylinders, as well as the fastening of the sheet metal cylinders in the grooves using several radial screw bolts.
Die Erfindung hat daher zur Aufgabe, den Brennzylinder der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sowohl der Flammenhaltezylinder als auch der Verteilzylinder an beiden Rändern mit einer sicheren gasdich-The invention therefore has the task of designing the combustion cylinder of the type mentioned at the beginning in such a way that both the flame holding cylinder and the distribution cylinder are provided with a secure gas-tight seal on both edges.
ten Verbindung, die nicht zwingend auch eine axiale Beweglichkeit der Zylinderränder haben muß, an den Anschlußflansch und an den Deckel angeschlossen sind und trotzdem der stark erhitzte Flammenhaltezylinder zur Vermeidung von mechanischen Spannungsrissen eine ausreichende axiale Längendehnung ausführen kann. Außerdem soll die Herstellung und fiontage des Brennzylinders 5 einfacher gestaltet werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruchs aufgeführten Ausgestaltungsmerkmale des Brennzylinders gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.connection, which does not necessarily have to have axial mobility of the cylinder edges, are connected to the connection flange and to the cover and the highly heated flame holding cylinder can nevertheless carry out sufficient axial length expansion to avoid mechanical stress cracks. In addition, the manufacture and assembly of the combustion cylinder 5 should be made simpler. This object is achieved according to the invention by the design features of the combustion cylinder listed in the characterizing part of the main claim. Advantageous further developments are specified in the subclaims.
^O Die erfindungsgemäße Brennzylinderausbildung wird nachstehend anhand des in oer Zeichnung im axialen Längsschnitt dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.^O The combustion cylinder design according to the invention is described in more detail below with reference to the embodiment shown in the drawing in axial longitudinal section.
Der Brennzylinder besitzt für die hängende Anordnung in einem Gasheizgerät an seinem oberen Ende einen konischen Anschlußflansch 1, der die 'öffnung 14 für den Eintritt des brennbaren Gemisches in den Brennzy-For hanging arrangement in a gas heater, the combustion cylinder has a conical connection flange 1 at its upper end, which forms the opening 14 for the entry of the combustible mixture into the combustion cylinder.
Linder enthält, und an seinem unteren Ende einen geschlossenen Deckel 2. Zwischen dem Anschlußflansch 1 und dem Deckel 2 sind ein äußerer Flammenhaltezylinder 3, ein mittlerer Verteilzylinder 4 und ein innerer DrosseLzylinder 5 angeordnet. Diese drei Zylinder bestehen aus perforiertem hitzebeständigem Blechmaterial und sind konzentrisch mit einem radialen Abstand voneinander angeordnet. Der Anschlußflansch 1 und der Deckel 2 sind keine GuBteile wie bei den eingangs b e schriebenen gebräuchlichen Brennzylindern, sondern bestehen ebenfalls aus hitzebeständigem Blechmaterial und sind durch Blechziehen geformt, was wesentlich einfacher und billiger ist als die gebräuchliche Herstellung dieser beiden Teile des Brennzylinders aus Guß. Außerdem wird dadurch auch das Gewicht des Brennzylinders wesentlich leichter. Der Deckel 2 besteht zweiteilig aus einer Deckelinnenplatte 7 und einer Deckelaußenplatte 3. Das Zusammenhalten des kompletten Brennzylinders erfolgt durch den mittleren Verteilzylinder 4 , der an beiden Rändern fest und im wesentlichen abgedichtet mit dem Anschlußflansch 1 und der Deckelinnenplatte 7 verbunden ist. Am unteren Rand ist der Verteilzylinder 4 an einer aufwärts gerichteten Randbördelung 15 der Deckelinnenplatte 7 durch eine 5 Punktanschweißung befestigt. Der untere Rand des inneren Drosse I zy I inders 5 grenzt unbefestigt an die Deckelinnenplatte 7 an. Am oberen Rand sind der Verteilzylinder 4 LJnd der Drosselzylinder 5 gemeinsam durch eine Punktanschweißung an Bolzen 12 befestigt, die in Achsrichtung des Brennzylinders durch Bolzenlöcher des Anschlußflansches 1 hindurchsteckbar und mit dem Anschlußflansch verschraubbar sind. Mittels dieser axialen Schraubenbolzen 12 können die beiden Zylinder 4 und 5 bei der Montage des Brennzylinders bequem mit dem Anschlußflansch 1 verbunden und durch einfaches Heranziehen ihrer Ränder an den Anschlußflansch 1 in eine ausreichend gasdichte Berührung mit dem Anschluß-Linder, and at its lower end a closed cover 2. Between the connection flange 1 and the cover 2 there are an outer flame holding cylinder 3, a middle distribution cylinder 4 and an inner throttle cylinder 5. These three cylinders are made of perforated heat-resistant sheet metal and are arranged concentrically with a radial distance from each other. The connection flange 1 and the cover 2 are not cast parts like the conventional combustion cylinders described at the beginning, but are also made of heat-resistant sheet metal and are formed by sheet metal drawing, which is much simpler and cheaper than the usual manufacture of these two parts of the combustion cylinder from cast iron. In addition, this also makes the weight of the combustion cylinder much lighter. The cover 2 consists of two parts: an inner cover plate 7 and an outer cover plate 3. The entire combustion cylinder is held together by the middle distribution cylinder 4, which is firmly and essentially sealed at both edges to the connecting flange 1 and the inner cover plate 7. At the lower edge, the distribution cylinder 4 is attached to an upwardly directed edge flange 15 of the inner cover plate 7 by a spot weld. The lower edge of the inner throttle 5 adjoins the inner cover plate 7 without being attached. At the upper edge, the distribution cylinder 4 and the throttle cylinder 5 are attached together by a spot weld to bolts 12, which can be pushed through bolt holes in the connecting flange 1 in the axial direction of the combustion cylinder and screwed to the connecting flange. By means of these axial screw bolts 12, the two cylinders 4 and 5 can be conveniently connected to the connection flange 1 during assembly of the combustion cylinder and, by simply pulling their edges towards the connection flange 1, can be brought into sufficiently gas-tight contact with the connection.
flansch 1 gebracht werden. Die Erwärmung und axiale Ausdehnung des VerteiLzy I inders 4 beim Betrieb des Brenners ist wesentlich geringer als die des glühend werdenden Flammenhaltezylinders 3 , so daß auch die Abstandsveranderung zwischen Anschlußflansch 1 und Dec Ic el 2 entsprechend gering gehalten ist und eine Spaltbildung, die zwischen dem unteren Rand des weniger als der VerteiIzyLinder sich erwärmenden und axial ausdehnenden Drosselzylinders und der Deckelinnenplatte 7 entsteht, die Drosselfunktion des Drosselzylinders 5 nicht nennenswert beeinflußt. Der extrem stark sich erhitzende Flammenhaltezylinder 3 wird an beiden Rändern von ringnutartigen Halterungen 6 des Anschlußflansches 1 und des Deckels 2 aufgenommen, in denen der Flammenhaltezylinder 3 axial beweglich und wegen der bei den Temperaturveränderungen auch vorkommenden Durchmesseränderungen auch radial beweglich ist. Mittels hofhtemperaturbeständiger Dicht manschetten 16, die die Ränder des Flammenhaltezylinders 3 umfassen, sind die Flammenhaltezylinderränder in den ringnutartigen Halterungen 6 im wesentlichen abgedichtet. Die ringnutartigen Halterungen &oacgr; werden von U-förmigen, an dem aus Blech bestehenden Anschlußflansch 1 und an der aus Blech bestehenc!en Deckelaußenplatte 3 einfach durch Blechziehen herstellbaren Randumbördelungen 13 gebildet. Damit insbesondere auch bei großen Brennzylinderabmessungen für Gasheizgeräte mit großen Heizleistungen der Flammenhaltezylinder 3 sich frei in axialer Richtung ausdehnen kann und keine Spannungsrisse oder Brüche am Brennzylinder entstehen, sind die am Verteilzylinder 4 befestigte Deckelinnenplatte 7 und die den Flammenhaltezylinder 3 haltende Deckelaußenplatte 8 durch eine beim dargestellten Ausführung sbe i sp i e I aus einer an der Deckelmitte angeordneten Schraube 9 mit einer Druckfeder 10 bestehende Verbindung zusammengehalten, mittels der die Außenplatte 3 federnd nachgiebig von der Innenplatte 7 abdrück-flange 1. The heating and axial expansion of the distribution cylinder 4 during operation of the burner is significantly less than that of the glowing flame holding cylinder 3, so that the change in distance between the connection flange 1 and cover 2 is kept correspondingly small and a gap that forms between the lower edge of the throttle cylinder, which heats up and expands axially less than the distribution cylinder, and the inner cover plate 7, does not significantly affect the throttling function of the throttle cylinder 5. The extremely hot flame holding cylinder 3 is held on both edges by ring-groove-like holders 6 of the connection flange 1 and the cover 2, in which the flame holding cylinder 3 is axially movable and, due to the diameter changes that also occur with the temperature changes, also radially movable. The edges of the flame holding cylinder are essentially sealed in the ring-groove-like holders 6 by means of high-temperature-resistant sealing sleeves 16 which enclose the edges of the flame holding cylinder 3. The ring-groove-like holders 6 are formed by U-shaped edge flanges 13 which can be easily produced by drawing sheet metal on the connecting flange 1 made of sheet metal and on the outer cover plate 3 made of sheet metal. So that the flame holding cylinder 3 can expand freely in the axial direction, especially in the case of large combustion cylinder dimensions for gas heaters with high heating outputs, and no stress cracks or breaks occur in the combustion cylinder, the inner cover plate 7 attached to the distribution cylinder 4 and the outer cover plate 8 holding the flame holding cylinder 3 are held together by a connection consisting of a screw 9 arranged in the middle of the cover with a compression spring 10 in the example shown, by means of which the outer plate 3 can be pushed off the inner plate 7 in a resilient manner.
bar ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, den den Flammenzylinder 3 in einer ringnutartigen Aufnahme haltenden Teil des Deckels 2 im Innern des Brennzylinders dire Ic t mit dem Anschlußflansch 1 so zu verbinden, daß dieser Deckelteil seinen axialen Abstand vom Anschlußflansch 1 federelastisch verändern kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die axial federnd nachgiebige Verbindung der beiden Deckelplatten 7 und 8 zweckmäßigerweise zusätzlich noch eine Verdrehsicherung, die aus Zapfen 11 besteht, welche an der Deckelinnenplatte 7 befestigt sind und mit axialer Verschieblichkeit in Führungslöcher der Deckelaußenplatte S eingreifen.bar. It is of course also possible to connect the part of the cover 2 inside the combustion cylinder, which holds the flame cylinder 3 in an annular groove-like receptacle, directly to the connecting flange 1 in such a way that this cover part can change its axial distance from the connecting flange 1 in a spring-elastic manner. In the illustrated embodiment, the axially spring-flexible connection of the two cover plates 7 and 8 expediently also contains an anti-twist device, which consists of pins 11 which are attached to the cover inner plate 7 and engage with axial displacement in guide holes in the cover outer plate S.
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