NL1014689C1

NL1014689C1 - Burner bed for mixture of natural gas and air, uses concentric tube mixer, two stages of flow division and ceramic burner elements to reduce resonance effects

Info

Publication number: NL1014689C1
Application number: NL1014689A
Authority: NL
Inventors: Roelof Waninge; Peter Johannes Marie Va Linden
Original assignee: Agpo Bv
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2000-09-20

Abstract

The natural gas is mixed with air by a mixing device (13) which has concentric tubes. The mixture is fed (24) to the first flow divider (10) pierced by a regular pattern of holes (12). The second stage of flow division is a plate (6) pierced by a groups (9) of irregular pattern of holes (8). The mixture is then fed through the large numbers of holes (3) in ceramic burner elements. The construction reduces the chances of flame being extinguished due to resonance effects.

Description

BRANDERDEK EN DAARMEE UITGERUSTE GASBRANDERBURNER DECK AND GAS BURNER EQUIPPED THEREFOR

De uitvinding heeft betrekking op een branderdek, met name voor een gasbrander. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een branderdek, omvattende ten minste één in hoofdzaak vlakke plaat van een 5 keramisch materiaal waarin een aantal in hoofdzaak evenwijdige uitstroomopeningen aangebracht is. Een dergelijk branderdek is algemeen bekend.The invention relates to a burner deck, in particular for a gas burner. More particularly, the invention relates to a burner deck, comprising at least one substantially flat plate of a ceramic material in which a number of substantially parallel outflow openings are arranged. Such a burner deck is generally known.

Een probleem bij het ontwerpen van een branderdek voor een gasbrander is dat het verbrandingsgedrag 10 sterk afhankelijk kan zijn van de kwaliteit van het te verbranden gas. Deze kwaliteit wordt uitgedrukt in een zogeheten "Wobbe-index". In een land als Nederland, waar het aan de eindgebruikers aangeboden aardgas door het mengen van aardgas uit verschillende bronnen en het 15 eventueel bijmengen van andere gassoorten op een nagenoeg constante Wobbe-index wordt gehouden, doet dit probleem zich niet voor, maar in andere landen geeft de soms sterk wisselende Wobbe-index van het aangevoerde gas aanleiding tot onregelmatigheden in de verbranding. Deze onregelma-20 tigheden kunnen op hun beurt weer leiden tot het optreden van bijvoorbeeld resonanties in de verbrandingsruimte, hetgeen niet alleen buitengewoon storende geluiden met zich meebrengt, maar bovendien kan resulteren in het mislukken van de ontsteking of het doven van de brander. 25 De uitvinding heeft derhalve tot doel een branderdek voor een gasbrander te verschaffen waarvan het verbrandingsgedrag niet of nauwelijks beïnvloed wordt door de kwaliteit van het toegevoerde gas. Volgens de uitvinding wordt dit bij een branderdek van de hiervoor 30 beschreven soort bereikt, doordat de uitstroomopeningen in groepen verdeeld zijn aangebracht. Door deze verdeling van de uitstroomopeningen, die bij conventionele branders in een volkomen regelmatig patroon met constante tussenruimte zijn aangebracht, wordt het optreden van resonan- i 0 i 4 6 ·> 0 2 ties bij de verbranding van gas met sterk wisselende Wobbe-index vermeden. De uitstroomopeningen in een groep kunnen daarbij zowel in een regelmatig patroon als onregelmatig verdeeld zijn aangebracht, waarbij een regelma-5 tig patroon natuurlijk uit productietechnisch oogpunt eenvoudiger is.A problem in designing a burner deck for a gas burner is that the combustion behavior 10 can strongly depend on the quality of the gas to be burned. This quality is expressed in a so-called "Wobbe index". In a country such as the Netherlands, where the natural gas offered to the end users is kept at a virtually constant Wobbe index by mixing natural gas from different sources and possibly adding other types of gas, but in other countries. The sometimes strongly varying Wobbe index of the supplied gas gives rise to irregularities in combustion. These irregularities can in turn lead to the occurrence of, for example, resonances in the combustion chamber, which not only entails extremely disturbing noises, but can also result in failure of the ignition or extinguishing of the burner. The object of the invention is therefore to provide a burner deck for a gas burner, the combustion behavior of which is not or hardly influenced by the quality of the gas supplied. According to the invention, this is achieved with a burner deck of the type described above, in that the outflow openings are arranged in groups. This distribution of the outlets, which are arranged in a perfectly regular pattern with constant spacing in conventional burners, avoids the occurrence of resonances in the combustion of gas with strongly varying Wobbe index . The outflow openings in a group can be arranged in a regular pattern or in an irregular distribution, whereby a regular pattern is of course simpler from a production engineering point of view.

Bij voorkeur bevatten de groepen verschillende aantallen uitstroomopeningen, waardoor de onregelmatigheid in het branderdek verder vergroot wordt.The groups preferably contain different numbers of outflow openings, whereby the irregularity in the burner deck is further increased.

10 Uit productietechnische overwegingen verdient het de voorkeur dat de groepen uitstroomopeningen in een zich herhalend patroon in het dek zijn aangebracht.For production engineering reasons it is preferred that the groups of outflow openings are arranged in the deck in a repeating pattern.

Met voordeel is de onderlinge afstand van aangrenzende instroomopeningen in een groep kleiner dan 15 de onderlinge afstand tussen aangrenzende groepen. Zo worden tussen aangrenzende groepen openingen als het ware dichte stroken of vlakken gevormd.The mutual distance of adjacent inflow openings in a group is advantageously less than the mutual distance between adjacent groups. Thus, as it were, closed strips or surfaces are formed between adjacent groups of openings.

De uitvinding betreft ook een gasbrander, die is voorzien van een branderdek als hiervoor beschreven.The invention also relates to a gas burner, which is provided with a burner deck as described above.

20 Bij voorkeur is een dergelijke gasbrander voorzien van een stroomopwaarts van het branderdek geplaatst en daarop aansluitend verdeelorgaan, dat een aantal toevoeropenin-gen omvat. Met voordeel zijn ook de toevoeropeningen in groepen in het verdeelorgaan gerangschikt. Op deze wijze 25 wordt het optreden van mogelijke resonanties in het verdeelorgaan ook zo goed mogelijk voorkomen.Preferably, such a gas burner is provided with an upstream part of the burner deck and adjoining distributor, which comprises a number of supply openings. The feed openings are also advantageously arranged in groups in the distributor. In this way the occurrence of possible resonances in the distribution member is also prevented as well as possible.

Verder vertoont de gasbrander bij voorkeur ook nog een stroomopwaarts van het verdeelorgaan geplaatst voorverdeelorgaan.Furthermore, the gas burner preferably also has a pre-distribution member placed upstream of the distributor.

30 Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvin ding is de gasbrander verder voorzien van een stroomopwaarts van het branderdek aangebracht orgaan voor het mengen van te verbanden gas en lucht, dat bij voorkeur een tweetal concentrische mengbuizen omvat, waarvan de 35 binnenste verbonden is met afzonderlijke toevoerleidingen voor het gas en de lucht, en de buitenste verbonden is met het branderdek. Voor een optimale aanzuiging van gas vertoont het mengorgaan bij voorkeur een stroomopwaarts 10146S9 3 van de binnenste mengbuis in de luchttoevoerleiding gevormde vernauwing, en ten minste één in de nabijheid van de vernauwing aangebrachte gasinvoer. Met het voordeel omvat daarbij de gasinvoer een aantal in omtreks-5 richting verdeelde, in de wand van de vernauwing aangebrachte openingen.According to a preferred embodiment of the invention, the gas burner is further provided with an element upstream of the burner deck for mixing gas and air to be burned, which preferably comprises two concentric mixing tubes, the inner of which is connected to separate supply pipes for the gas and air, and the outer is connected to the burner deck. For optimum gas suction, the mixer preferably has a constriction formed upstream of the inner mixing tube in the air supply line, and at least one gas inlet disposed in the vicinity of the constriction. The advantage of this is that the gas input comprises a number of openings distributed in the circumferential direction and arranged in the wall of the constriction.

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekening, waarin: 10 Fig. 1 een schematisch perspectivisch onderaan zicht met uiteengenomen delen is van een naar onderen gericht branderdek volgens de uitvinding met verdeelor-gaan voorverdeelorgaan en mengorgaan,The invention will now be elucidated on the basis of a number of examples, reference being made to the annexed drawing, in which: 1 is a schematic perspective bottom view with an exploded view of a downwardly directed burner deck according to the invention with distribution member, pre-distribution member and mixing member,

Fig. 2 een met fig. 1 overeenkomend aanzicht in 15 samengestelde toestand is,Fig. 2 is a view in assembled condition corresponding to FIG. 1,

Fig. 3A, 3B en 3C elk een detailaanzicht tonen van een branderdek volgens de uitvinding met verschillende mogelijke verdelingen van de uitstroomopeningen, enFig. 3A, 3B and 3C each show a detail view of a burner deck according to the invention with different possible distributions of the outflow openings, and

Fig. 4 een schematisch perspectivisch aanzicht 20 toont van een alternatieve uitvoering van het mengorgaan volgens de uitvinding.Fig. 4 shows a schematic perspective view of an alternative embodiment of the mixing member according to the invention.

Een branderdek 1 (fig. 1) bestaat uit een aantal tegen elkaar geplaatste vlakke branderelementen 2 van een keramisch materiaal, die elk voorzien zijn van 25 een groot aantal uitstroomopeningen 3. Deze uitstroomopeningen 3 zijn volgens de uitvinding niet in een constant patroon, maar in groepen 4a, 4b, 4c verdeeld aangebracht. Deze groepen 4a, 4b, 4c zijn op zichzelf overigens in het getoonde voorbeeld wel in een regelmatig, zich herhalend 30 patroon geplaatst, omdat dit relatief eenvoudig te realiseren is. De afstand tussen aangrenzende groepen 4a, 4b, 4c is groter gekozen dan de afstand van aangrenzende uitstroomopeningen binnen elke groep, waardoor tussen de groepen 4a, 4b, 4c stroken of vlakken 23 worden gevormd. 35 In plaats van de getoonde verdeling van de uit stroomopeningen 3 zijn overigens ook andere varianten denkbaar (fig. 3A-C). Daarbij kunnen de groepen 4a, 4b, 4c gelijke of verschillende aantallen uitstroomopeningen 10146S9 4 3 bevatten, terwijl de uitstroomopeningen 3 in elke groep 4a, 4b, 4c ook in een regelmatig of juist onregelmatig patroon geplaatst kunnen zijn. Daarnaast kunnen alle uitstroomopeningen 3 in een groep eenzelfde vorm en 5 diameter vertonen, maar is het ook denkbaar dat uitstroomopeningen 3 met verschillende vorm en/of diameter worden toegepast. Als geschikte keuze heeft zich in de praktijk een ronde uitstroomopening met een diameter van ongeveer imm bewezen.A burner deck 1 (fig. 1) consists of a number of flat burner elements 2 of a ceramic material placed against each other, each of which is provided with a large number of outflow openings 3. According to the invention, these outflow openings 3 are not in a constant pattern, but in groups 4a, 4b, 4c arranged distributed. Incidentally, in the example shown, these groups 4a, 4b, 4c are in themselves placed in a regular, repeating pattern, because this is relatively easy to realize. The distance between adjacent groups 4a, 4b, 4c is chosen to be greater than the distance from adjacent outflow openings within each group, whereby strips or planes 23 are formed between groups 4a, 4b, 4c. Instead of the distribution of the outflow openings 3 shown, other variants are also conceivable (fig. 3A-C). The groups 4a, 4b, 4c can contain equal or different numbers of outflow openings 10146S9 4 3, while the outflow openings 3 in each group 4a, 4b, 4c can also be arranged in a regular or irregular pattern. In addition, all outflow openings 3 in a group can have the same shape and diameter, but it is also conceivable that outflow openings 3 with different shape and / or diameter can be used. In practice, a round outlet opening with a diameter of approximately imm has proved to be a suitable choice.

10 Met het branderdek 1 is een verdeelorgaan 5 verbonden, dat gevormd wordt door een vlakke plaat 6 met omgezette randen 7. In het verdeelorgaan 5 is een groot aantal toevoeropeningen 8 aangebracht, die eveneens verdeeld zijn in groepen 9a, 9b. In het getoonde voor-15 beeld bevatten de groepen 9a, 9b afwisselend respectievelijk vier en vijf toevoeropeningen 8, die met constante tussenruimte zijn aangebracht.A distribution member 5 is connected to the burner deck 1, which is formed by a flat plate 6 with bent edges 7. A large number of supply openings 8 are arranged in the distribution member 5, which are also divided into groups 9a, 9b. In the example shown, the groups 9a, 9b alternately contain four and five feed openings 8, respectively, which are arranged with constant spacing.

In het midden van het verdeelorgaan 5 is een voorverdeelorgaan 10 aangebracht, dat eveneens gevormd 20 wordt door een plaat 11, waarin in het getoonde voorbeeld een groot aantal instroomopeningen 12 is aangebracht.In the center of the distribution member 5, a pre-distribution member 10 is arranged, which is also formed by a plate 11, in which in the example shown a large number of inflow openings 12 are arranged.

Deze instroomopeningen 12 zijn daarbij wel in een regelmatig raster geplaatst. Een gesloten voorverdeelplaat, waar het te verbranden gas-luchtmengsel omheen geleid zou 25 worden is overigens ook denkbaar.These inflow openings 12 are placed in a regular grid. A closed pre-distribution plate, around which the gas-air mixture to be burned would be passed, is also conceivable.

Het branderdek l wordt zoals gezegd gevoed met een gas-luchtmengsel. Dit mengsel wordt gevormd in een mengorgaan 13, dat uiteraard stroomopwaarts van het branderdek 1 en het daarmee verbonden verdeelorgaan 5 en 30 voorverdeelorgaan 10 in de gasbrander aangebracht dient te zijn. In het getoonde voorbeeld bestaat het mengorgaan 13 uit een buitenbuis 14 en een daarin bevestigde binnenbuis 15 (fig. 4). De binnenste mengbuis 15 is verbonden met afzonderlijke toevoerleidingen voor het gas en de 35 lucht, terwijl de buitenste mengbuis 14 verbonden is met het branderdek l.The burner deck l is, as said, fed with a gas-air mixture. This mixture is formed in a mixing member 13, which of course has to be arranged upstream of the burner deck 1 and the associated distribution member 5 and 30 pre-distribution member 10 in the gas burner. In the example shown, the mixing member 13 consists of an outer tube 14 and an inner tube 15 mounted therein (fig. 4). The inner mixing tube 15 is connected to separate supply pipes for the gas and the air, while the outer mixing tube 14 is connected to the burner deck 1.

Voor deze verbinding vertoont de buitenbuis 14 een uitstroomopening 17, die kan worden aangesloten op 1014683 5 een leiding 24 (fig. l) die naar het branderdek 1 voert. De buitenbuis 14 is aan één uiteinde 26 afgesloten, en vertoont aan zijn andere uiteinde een kegelvormige wand 27, met e.en opening waarin de binnenbuis 15 gestoken is.For this connection, the outer tube 14 has an outflow opening 17, which can be connected to a pipe 24 (fig. 1) which leads to the burner deck 1. The outer tube 14 is closed at one end 26, and has a conical wall 27 at its other end, with an opening into which the inner tube 15 is inserted.

5 De binnenbuis 15 is daarbij op geschikte wijze, bijvoorbeeld door lassen, solderen of lijmen in de buitenbuis 14 bevestigd. Het uitstekende'deel van de binnenbuis 15 is voorzien van een instroomopening 16 die verbonden kan worden met een gastoevoerleiding 25, waardoor gas in het 10 mengorgaan 13 gebracht kan worden. Dit gas wordt daarbij aangezogen op de hierna te beschrijven wijze.The inner tube 15 is then suitably mounted in the outer tube 14, for example by welding, soldering or gluing. The projecting part of the inner tube 15 is provided with an inflow opening 16 which can be connected to a gas supply pipe 25, through which gas can be introduced into the mixing member 13. This gas is thereby drawn in the manner to be described below.

In het uitstekende deel van de binnenbuis 15 is nog een buisdeel 28 met vernauwde diameter aangebracht.In the protruding part of the inner tube 15, another tube part 28 with narrowed diameter is arranged.

Dit buisdeel 28 is voorzien van flenzen 19, 20, waardoor 15 een ringvormige ruimte 29 rond de vernauwing gevormd wordt, die met de gastoevoeropeningen 16 verbonden is. In het vernauwde wanddeel zijn verder openingen 21 in om-treksrichting verdeeld aangebracht. De binnenbuis 15 vertoont aan zijn uiteinde 22 een flens 18, waarmee het 20 mengorgaan 13 aan een luchttoevoerleiding kan worden bevestigd, waarin een stroomopwaarts van het mengorgaan aangebrachte ventilator is opgenomen.This pipe section 28 is provided with flanges 19, 20, whereby an annular space 29 is formed around the constriction, which is connected to the gas supply openings 16. In the narrowed wall part, openings 21 are further arranged distributed circumferentially. The inner tube 15 has a flange 18 at its end 22, with which the mixing member 13 can be attached to an air supply pipe, in which a fan arranged upstream of the mixing member is incorporated.

Door deze (hier niet getoonde) ventilator wordt lucht in het mengorgaan 13 geblazen, waarbij ter plaatse 25 van de vernauwing in de binnenbuis 15 de lucht wordt versneld, waardoor de druk daarvan afneemt. Hierdoor wordt gas vanuit de ringvormige kamer 29 door de openingen 21 in de luchtstroom gezogen. Het zo gevormde gasluchtmengsel treedt uit de vernauwing, waarbij de plotse-30 linge toename van de diameter van de binnenbuis 15 leidt tot turbulentie, waardoor de menging van het gas en de lucht wordt verbeterd. Aan het eind van de binnenbuis 15 wordt het gas-luchtmengsel over ongeveer 180° omgekeerd en stroomt langs de buitenzijde van de binnenbuis 15 naar de 35 opening 17. De slingerende weg die het gas-luchtmengsel moet afleggen zorgt voor een goede menging daarvan.Air is blown into the mixing member 13 through this fan (not shown here), the air being accelerated at the location of the constriction in the inner tube 15, whereby the pressure thereof decreases. As a result, gas is drawn from the annular chamber 29 through the openings 21 into the air stream. The gas-air mixture thus formed emerges from the constriction, the sudden increase in the diameter of the inner tube 15 leading to turbulence, thereby improving the mixing of the gas and the air. At the end of the inner tube 15, the gas-air mixture is inverted by approximately 180 ° and flows along the outside of the inner tube 15 to the opening 17. The winding path which the gas-air mixture must travel ensures a good mixing thereof.

Door de verdeling van alle openingen in de verschillende onderdelen van de gasbrander volgens de 10146S9 6 uitvinding in groepen, in plaats van een conventionele verdeling volgens een vast patroon of raster, wordt een brander verkregen die onder alle omstandigheden stabiel is, en nagenoeg ongevoelig voor variaties in de energie-5 inhoud van het aangeboden gas-luchtmengsel.By dividing all the openings in the different parts of the gas burner according to the 10146S9 6 invention into groups, instead of a conventional division according to a fixed pattern or grid, a burner is obtained which is stable under all circumstances and virtually insensitive to variations in the energy-5 content of the offered gas-air mixture.

De omvang van de uitvinding is overigens niet beperkt tot de hierboven beschreven voorbeelden, maar wordt uitsluitend bepaald door de navolgende conclusies.Moreover, the scope of the invention is not limited to the examples described above, but is determined solely by the following claims.

10146591014659

Claims

Burner deck, comprising at least one substantially flat plate of a ceramic material in which a number of substantially parallel outflow openings are arranged, characterized in that the outflow openings are arranged in groups.

Burner deck according to claim 1, characterized in that the groups contain different numbers of outflow openings.

Burner deck according to claim 1 or 2, characterized in that the groups of outflow openings are arranged in the deck in a repeating pattern.

Burner deck according to any one of the preceding claims, characterized in that the mutual distance of outflow openings in a group is smaller than the mutual distance between adjacent groups.

Gas burner, provided with a burner deck according to any one of the preceding claims.

6. Gas burner according to claim 45, characterized by a distributor arranged upstream of the burner deck and an adjoining distribution element, which comprises a number of supply openings.

Gas burner according to claim 6, characterized in that the supply openings are arranged in groups in the distributor.

Gas burner according to claim 7, characterized in that the groups contain different numbers of supply openings.

Gas burner according to claim 7 or 8, characterized in that the groups of supply openings are arranged in a distribution member in a repeating pattern.

Gas burner according to any one of claims 6-9, characterized by a pre-distribution element placed upstream of the distribution member.

Gas burner according to any one of claims 5-10, 35, characterized by an element arranged upstream of the burner deck 1014659 for mixing gas and air to be burned.

12. Gas burner according to claim 11, characterized in that the mixing member comprises two concentric mixing tubes, the inner of which is connected to separate supply pipes for the gas and the air, and the outer of which is connected to the burner deck.

13. Gas burner according to claim 12, characterized by a constriction formed upstream of the inner mixing tube in the air supply pipe, and at least one gas inlet arranged in the vicinity of the constriction.

Gas burner according to claim 13, characterized in that the gas inlet comprises a number of openings distributed in the circumferential direction, arranged in the wall of the constriction.

Mixing device evidently intended for use in a gas burner according to any one of claims 11-14. 10146SÖ