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Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für Öfen, insbesondere für Sauna- und Kachelöfen, die einen für Unterdruckbetrieb vorgesehenen Brennraum und wenigstens eine von dem Brennraum ausgehende lange Heizgasleitung haben, wobei der Gasbrenner ein Steuer- und Regelgerät für Brenngas und einen in dem Brennraum angeordneten Brennerkopf zum Verbrennen des Brenngases aufweist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Strahlungswärme-Heizsystem für Räume, insbesondere einen Sauna- oder Kachelöfen, mit einem Brenn- raum, wenigstens einer vom Brennraum ausgehenden Heizgasleitung und von dieser beheizten, Strahlungswärme nach aussen abgebenden Wänden.
Typische Strahlungswärme-Heizsysteme nach dem Stand der Technik sind sogenannte Sauna- oder Kachelöfen, die sich durch die Schaffung eines angenehmen, gesunden Raumklimas auszeichnen. Kachelöfen werden bspw. mit Holz beheizt und stellen neben einer Elektro-, Gas- oder Ölheizung ein zusätzliches Heizsystem in einem Gebäude dar. Bei herkömmlichen Kachelöfen oder bei ebenfalls Strahlungswärme erzeugen- den Gussöfen wird das beim Abbrand von Holz oder Kohle entstehende heisse Gas durch ein System an Heizgasleitungen bis in den Kamin geführt. Dabei werden die Wände, die teilweise unmittelbar an die Heizgasleitungen angrenzen, erwärmt und geben ihre Wärme grossteils in Form von Strahlungswärme ab.
Die Befeuerung mittels Holz oder Kohle ist jedoch zeitaufwendig und ist wegen falscher Befeuerung oder zusätzlich wegen der Verbrennung von nicht zulässigen Werkstoffen und dem damit verbundenen hohen Schadstoffausstoss häufig Zielscheibe von Kritik. Auch dürfen solche Kachel-, Sauna- oder Gussöfen ausschliesslich als Unterdrucksystem betrieben werden, damit dann, wenn die Hülle des Ofens undichte Stellen aufweist, lediglich Raumluft über die undichten Stellen angesaugt wird, aber kein Abgas in den zu beheizenden Raum eindringen kann. Bei mit Festbrennstoffen wie Holz oder Kohle befeuerten Öfen ist dies nicht problematisch, da im Kamin aufgrund des ca. 180 C bis 250 C heissen Abgases ein Auftrieb entsteht, der immer für einen ausreichenden Unterdruck oder Zug sorgt.
Bei mit Gas
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befeuerten Kachelöfen ist aufgrund der dann niedrigeren Abgastempera- turen im Bereich von nur 55 C bis 85 C, die sich aus der Forderung nach einem guten Wirkungsgrad ergeben, die Aufrechterhaltung eines
Unterdrucks problematisch.
Die US-Patentschrift Nr. 4,869,230 beschreibt ein mit Gas be- triebenes Heizsystem, bei dem eine Heizgasleitung mit Hilfe eines
Gasbrenners beheizt wird. Um im Brennraum einen Unterdruck sicherzu- stellen, ist am Ende der Heizgasleitung ein Ventilator vorgesehen.
Durch den Unterdruck im Brennraum wird Verbrennungsluft in einen mit Öffnungen versehenen Brennerkopf unmittelbar aus der Umgebung einge- saugt und im Brennerkopf mit brennbarem Gas vermischt. Der Unterdruck im Brennraum verursacht auch, dass Kühlluft über Luftzuführöffnungen in den Brennraum eingesaugt wird. Problematisch bei diesem bekannten
Heizsystem ist, dass eine Veränderung des Unterdrucks im Brennraum un- mittelbar eine Veränderung der Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemisches und damit der Abgasqualität verursacht, da dann z.B. weniger Ver- brennungsluft in den Brennerkopf gesaugt wird. Infolgedessen müssen der Strömungswiderstand der Heizgasleitung, die Saugleistung des Ventilators, der Druck des brennbaren Gases und der verwendete Brennerkopf exakt aufeinander abgestimmt sein und stets konstant gehalten werden.
Dadurch ist das Heizsystem ' empfindlich gegenüber einer Veränderung dieser Parameter, beispielsweise durch Verschmutzung oder Verlängerung der Heizgasleitung oder durch sich ändernden Umgebungsdruck, und es ist deshalb auch nur unflexibel einzusetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen flexibel einzusetzenden Gas- brenner und ein leicht und kostengünstig anpassbares Strahlungswärme- Heizsystem anzugeben, die sich durch gute und konstante Abgaswerte auszeichnen.
Erfindungsgemäss ist hierzu ein Gasbrenner der eingangs genannten Art vorgesehen, bei dem das Steuer- und Regelgerät das Brenngas als ein Gas-Luft-Gemisch mit einer vorbestimmten Zusammensetzung erzeugt, die unabhängig vom Betrag des in dem Brennraum herrschenden Unter- drucks ist. Durch diese Massnahmen werden gute und konstante Abgaswerte erzielt, da sich Veränderungen des in der Brennkammer herrschenden Unterdrucks, beispielsweise durch Verschmutzung der Heizgasleitung
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oder Einbauten in der Heizgasleitung, nicht auf die Zusammensetzung des dem Brennerkopf zugeführten Gas-Luft-Gemischs und damit nur un- wesentlich auf die Qualität der Verbrennung auswirken.
Darüber hinaus ist der Gasbrenner flexibel einsetzbar, da er mit beliebigen Heizgas- leitungen mit unterschiedlichem Strömungswiderstand versehen werden kann, ohne dass eine aufwendige Anpassung an den speziellen Strömungs- widerstand der gewählten Heizgasleitung notwendig wäre.
Der erfindungsgemässe Gasbrenner eignet sich deshalb hervorragend dazu, in bereits bestehende Kachel- oder Saunaöfen eingebaut zu werden. Hier stellt sich der erfindungsgemässe Gasbrenner automatisch auf die Umgebungsbedingungen ein, was bei dem bekannten Gasbrenner nicht möglich ist.
Die Erfindung sieht auch ein Strahlungswärme-Heizsystem für Räume, insbesondere einen Sauna- oder Kachelofen, mit Strahlungswärme nach aussen abgebenden Wänden vor, bei dem ein erfindungsgemässer Gasbrenner vorgesehen ist, dessen Brennerkopf in den Brennraum ragt. Ein solches Strahlungswärme-Heizsystem zeichnet sich einerseits durch gute und konstante Abgaswerte aus und ist darüber hinaus einfach und kosten- günstig an bestehende Verhältnisse, wie einen vorhandenen Kamin, anpassbar.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Steuer- und Regelgerät einen Mischer zum Zumischen von Luft und einen Nulldruckregler auf, der unabhängig vom Luftdruck der Umgebung und vom Gasdruck dem Mischer Gas mit einem vorbestimmten niedrigen Druck, vorzugsweise bei 0 bar, zuführt. Durch diese Massnahmen ist eine konstante Zusammensetzung des Brenngases sichergestellt, und es wird eine besonders gute und konstante Abgasqualität erreicht.
Vorteilhafterweise weist der Brennerkopf ein zylindrisches Gehäuse auf, an dessen Boden das Gas-Luft-Gemisch zugeführt wird und das an seinem, dem Boden entgegengesetzten Ende durch eine mit zahlreichen Austrittsöffnungen versehene Platte verschlossen ist. Auf diese Platte ist der Gas-Luft-Gemisch-Strom gerichtet, so dass es stromabwärts zur Platte zu einer Flammenbildung kommt, wobei das Abgas zumindest teil- weise das heisse Gas bildet, das durch die Heizgasleitung strömt. Bei
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Verwendung einer Keramikplatte wird die Platte selbst auch erhitzt, glüht und gibt Strahlung nach aussen ab, so dass eine vorgesehene Be- triebstemperatur schneller erreicht wird.
Als weitergehende Massnahme ist vorgesehen, dass der Brennerkopf, insbesondere die Austrittsöffnung für das Gas-Luft-Gemisch so ange- ordnet und ausgebildet ist, dass das Gas-Luft-Gemisch im wesentlichen nur durch einen mittleren Bereich der Platte hindurchtritt. Die Rand- bereiche der Platte werden damit nicht oder nur unwesentlich durch den
Gas-Luft-Strom gekühlt, so dass sie im Betrieb rot glühen, wodurch zusätzlich Strahlungswärme abgegeben und die Verbrennung unterstützt wird.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das zylindrische Gehäuse einen sich vom zylindrischen Mantel des Gehäuses radial nach aussen erstreckenden umlaufenden Flansch aufweist, der mit mehreren Luftzuführöffnungen versehen ist. Dadurch kann seitlich des Gehäuses und seitlich der Platte ein Luftstrom zugeführt werden, der insbesondere durch die Flamme und/oder Platte erwärmt wird und sich mit dem heissen Abgas zur Bildung des heissen Gases vermischt. So wird das heisse Gas nicht nur durch Abgas, sondern auch durch zusätzliche erwärmte Luft gebildet.
Weiterhin kann das Gehäuse mit Hilfe des Flansches in einfacher Weise befestigt werden.
Der erfindungsgemässe Gasbrenner hat gemäss einer bevorzugten Aus- führungsform wenigstens eine Luftzuführleitung, die die Platte wenig- stens teilweise, vorzugsweise umfangsmässig vollständig, umgibt. Ein dadurch geführter Luftstrom wird durch die Platte und/oder die strom- abwärts der Platte gebildete Flamme erwärmt, vermischt sich mit dem Abgas und bildet mit dem Abgas das die Wände erwärmende heisse Gas.
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung ragt das Gehäuse in ein Rohr und ist von dessen Innenseite beabstandet, um zwischen sich und der Platte die Luftzuführleitung zu bilden. Die Luftzuführleitung ist, wie bereits erwähnt, diejenige Leitung, über die ein Luftstrom geführt wird, der insbesondere durch die Platte und/oder die stromabwärts der Platte gebildete Flamme erwärmt wird und der sich insbesondere nach der Platte mit dem Abgas vermischen kann.
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Um einen Unterdruckbetrieb der Brennkammer sicherzustellen, kann ein Ventilator zum Erzeugen des Unterdrucks in dem Brennraum vorge- sehen sein. Trotz oft sehr langer Heizgasleitungen wird dadurch ein Unterdruck aufrechterhalten, und die Strömungsgeschwindigkeit durch die Heizgasleitung wird nicht zu niedrig. Der Ventilator kann bei- spielsweise stromabwärts des Brenners, am Ende der Heizgasleitung oder des sich daran anschliessenden Kamins angeordnet sein. Die Erfindung wird vorzugsweise in einem Heizsystem für ein ganzes Haus oder zu- mindest ein Gebäudeteil eingesetzt, so dass der Ventilator vorzugsweise im Bereich unmittelbar unter dem Dach eines Gebäudes angeordnet ist.
Je nach Gegebenheiten kann der Ventilator aber auch unmittelbar nach dem Kachelofen oder sogar im Keller angeordnet sein.
Das erfindungsgemässe Strahlungswärme-Heizsystem ist vorzugsweise mit aus Schamotte bestehenden, Strahlungswärme abgebenden Wänden ver- sehen, und die wenigstens eine Heizgasleitung erstreckt sich mäander- förmig durch die Wände. Dadurch wird ein besonders guter Wärmeübergang von dem Heizgas an die Wände und folglich ein guter Wirkungsgrad erreicht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht des erfindungsgemässen Gasbrenners gemäss einer bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des erfindungsgemässen Strahlungswärme-Heizsystems in Form eines Sauna- oder Kachelofens mit dem Gasbrenner nach Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III des Strahlungswärme- Heizsystems in Fig. 2 ; Fig. 4 einen Längsschnitt durch das Ende eines Kamins, in den die Heizgasleitung des erfindungsgemässen Strahlungswärme-Heizsystems mündet.
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Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen
Gasbrenners, der Teil eines Dunkelstrahlers ist und ein Steuer- und
Regelgerät 1 für Brenngas aufweist. Das Steuer- und Regelgerät 1 enthält einen Nulldruckregler 2, z. B. in Form eines Nulldruckregel- ventils, und einen Mischer 6, die über eine Verbindungsleitung Y und eine Kontrolleitung 8 verbunden sind. Dem Nulldruckregler 2 wird Gas, beispielsweise Flüssiggas oder Erdgas, mit einem gewissen Überdruck, der Schwankungen unterliegen kann, über eine nur abschnittsweise dar- gestellte Leitung G zugeführt.
Der Nulldruckregler regelt den Druck des zugeführten Gases, bspw. 25 mbar, unabhängig vom Umgebungsdruck und dem Druck des zugeführten Gases auf einen konstanten, niedrigen
Wert, vorzugsweise 0 bar. Über die Verbindungsleitung gelangt das auf den niedrigen Druckwert geregelte Gas dann zum Mischer 6. Der Mischer 6 steht über eine nur abschnittsweise dargestellte Luftleitung L mit der Umgebung in Verbindung, saugt Luft an und erzeugt ein Gas-Luft- Gemisch mit vorbestimmter, konstanter Zusammensetzung, das dann über die Leitung 3 zum Brennerkopf 4 gelangt, der in einem Brennraum ange- ordnet ist.
Das Gas-Luft-Gemisch wird aufgrund eines im Brennraum herrschenden Unterdrucks, wenigstens etwa-1,5 mbar, durch die Leitung
3 gefördert, die Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemischs ist jedoch unabhängig von dem im Brennraum herrschenden Unterdruck aufgrund des Steuer- und Regelgeräts 1. Folglich werden auch die Verbrennungs- qualität und die Abgaswerte des Gasbrenners allenfalls unwesentlich von Schwankungen des Unterdrucks in dem Brennraum beeinflusst. Über eine Kontrolleitung 8 und einen Fühler am Mischer, der mit dem Nulldruckregler 2 verbunden ist, wird der am Mischer 6 vorhandene Druck erfasst und dem Nulldruckregler 2 zugeführt. Weicht der am Mischer 6 vorhandene Druck von einem Sollwert ab, beispielsweise weil am Brennerkopf 4 kein Unterdruck mehr anliegt, wird ein im Nulldruck- regler 2 vorhandenes Steuerventil beaufschlagt und die Gaszufuhr abgesperrt.
Der eine Art Flachbrenner bildende Brennerkopf 4 ist mit einem zylindrischen Gehäuse 13 versehen, das einen Mantel und einen Boden 14 aufweist. Das dem Boden (14) entgegengesetzte Ende des zylindrischen Gehäuses 13 ist durch eine mit zahlreichen Austrittsöffnungen ver- sehene Keramikplatte 15 verschlossen. Innerhalb des Gehäuses 13 ist
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dadurch ein Hohlraum gebildet, in den das über die Leitung 3 zuge- führte Gas-Luft-Gemisch am Boden 14 eintritt. Der Boden 14 des Gehäuses 13 ist von einem umlaufenden Flansch 8 umgeben, in dem Luftzuführöffnungen 10 angeordnet sind und der der Befestigung des Gehäuses 13 dient.
Stromabwärts der Mündung der Leitung 3 in den Hohlraum des Gehäuses 13 bildet sich ein gestrichelt dargestellter kegelförmiger Gas-Luft-Gemischstrom aus, der am oberen Ende des Hohlraums auf die Platte 15 trifft und diese durchquert. Nach Zündung des Gas-Luft-Gemischs bildet sich dann oberhalb der Platte 15 eine Flamme aus. Die Abmessungen des zylindrischen Gehäuses 13, der Querschnitt der Mündung der Leitung 3 und die Anordnung der Mündung sind dabei so gewählt, dass der Gas-Luft-Gemischstrom nur einen mittleren Bereich der Platte 15 durchquert. Der Randbereich der Platte 15 wird folglich nicht oder nur unwesentlich durch das Gas-Luft- Gemisch gekühlt, so dass er im Betrieb rot glüht. Dadurch wird die Verbrennung unterstützt und die Aufheizzeit des Brennerkopfes 4 verkürzt.
In den Figuren 2 und 3 ist ein Teil eines Strahlungswärme-Heiz- systems, das z.B. in dieser Ausgestaltung auch einen Sauna- oder Kachelofen bilden kann, dargestellt, mittels dem beispielsweise ein gesamtes Einfamilienhaus beheizt wird und das mit dem Gasbrenner der Fig. 1 versehen ist. Der in Fig. 2 gezeigte Teil des Heizsystems ist dabei im Keller des Hauses oder in der Etage, auf der ein zu beheizen- der Sauna- oder Kachelofen steht, untergebracht. Das Heizsystem selbst arbeitet mit Gas. In dem Steuer- und Regelgerät 1 wird das Gas-Luft- Gemisch erzeugt und der Leitung 3 zugeführt. Die Leitung 3 endet im Brennerkopf 4, der in einem Brennraum 5 angeordnet ist. Dieser ist von einem Aussenrohr 7 begrenzt, an das sich aussenseitig eine dicke Wandung 9 aus Gasbeton anschliesst. Der Brennerkopf 4 ist in dem Brennraum 5 mit Abstand von der Innenseite des Aussenrohrs 7 angeordnet.
Zwischen dem Mantel des Gehäuses 13 und der Innenseite des Aussenrohrs 7 ergibt sich eine Luftzuführleitung 17. In der Leitung 17 können ferner nicht dargestellte, verstellbare Schieber angeordnet sein, über die die Luftzufuhr exakt gesteuert werden kann. Unmittelbar nach der Platte 15 ragt eine Zündvorrichtung 21 in das Innere des Aussenrohres 7. An den Brennraum 5 schliesst sich im Aussenrohr 7 eine lange Heizgasleitung 23
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an, die in ihrem stromabwärtigen Teil durch das Aussenrohr 7 begrenzt wird.
Die Heizgasleitung 23 durchzieht einen beispielsweise im zentralen Wohnraum des Hauses angeordneten Sauna- oder Kachelofen, dessen
Heizung den in Figur 2 gezeigten Aufbau hat. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass im Haus mehrere Kachelöfen untergebracht sind, durch die sich die Heizgasleitung 23 hindurch erstreckt und die von einer
Heizung betrieben werden. Jedoch ist dies von der Temperatur des heissen Gases abhängig, die nach Austritt aus dem ersten Ofen noch relativ hoch sein muss, um auch einen zweiten Ofen erhitzen zu können.
Der in Fig. 2 gezeigte Teil des Strahlungswärme-Heizsystems muss keine Zusatzheizung sein, sondern kann das Kernstück des zentralen
Heizungssystems für ein gesamtes Einfamilienhaus darstellen. Das Einfamilienhaus wird über die Heizgasleitungen 23 beheizt.
Nach dem oder den nicht gezeigten Kachelöfen mündet die Heizgasleitung 23 in den Kamin des Hauses, dessen Ende im Bereich des
Dachstuhls in Fig. 4 zu sehen ist. Unter dem Schornstein im Bereich des Dachgeschosses wird von einem bestehenden Kamin 35, von dem nur die rechte Hälfte zu sehen ist, eine Leitung 37 abgezweigt. Der Kamin (35) wird nach der Abzweigung verschlossen, beispielsweise mit einer schwenkbaren Klappe (nicht gezeigt). Am Ende der Leitung 37 ist ein Ventilator 39 angeordnet, und nach dem Ventilator 39 ein Strömungswiderstand in Form eines Siebes 41. Der Ventilator 39 sorgt für einen Unterdruck in der Leitung 37, in der Heizgasleitung 23 und im Brennraum 5. Unterhalb des Siebes 41 ist ein nicht gezeigter Auffangbehälter für Kondensat vorgesehen, von dem aus eine Leitung 43 wieder in den unteren Bereich der Leitung 37 mündet.
Nach dem Sieb 41 mündet die Leitung 37 wieder in den Kamin 35.
Die Funktionsweise des Strahlungswärme-Heizsystems wird im Folgen- den erläutert. Wenn die Temperatur einzelner Räume erhöht werden muss, wird dies im Steuer- und Regelgerät 1 dahingehend umgesetzt, dass ein Gas-Luft-Gemisch in die Leitung 3 einströmen kann. Zudem wird der Ventilator 39 betätigt. Damit entsteht ein Unterdruck auch im Brennraum 5, so dass Aussenluft über eine Öffnung 45 angesaugt wird, was
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durch Pfeile in Fig. 2 dargestellt ist. DieMenge der angesaugten Aussenluft kann z.B. durch eine die Öffnung 45 mehr oder weniger freigebende, verstellbare Klappe 47 geregelt werden, deren Verstellantrieb mit dem Steuer- und Regelgerät 1 verbunden ist.
Das Vorsehen einer solchen Kl appe 47 ist aber nicht zwi ngend notwendi g . Diese zusätzliche Aussenluft dient nicht als Verbrennungsluft, sondern nur als Kühlluft, die sich mit dem heissen Abgas nach dem Brennerkopf 4 vermischt.
Das Steuer- und Regelgerät 1 steuert auch die Betätigung der
Zündvorrichtung 21. Das durch die Öffnungen in der Keramikplatte 15 hindurchströmende Gas-Luft-Gemisch wird nach Austritt aus der Keramikplatte 15 durch die Zündvorrichtung 21 gezündet und verbrennt dort grossflächig. Die Zusammensetzung des Gas-Luft-Gemisches ist dabei konstant und insbesondere unabhängig vom Unterdruck in der Brennkammer 5, der mit durch den Ventilator 39 verursacht ist. Die Keramikplatte 15 beginnt sich insbesondere in ihrem Randbereich stark zu erwärmen, so dass die in der Luftzuführleitung 17 befindliche Luft an ihr und auch am heiss werdenden Aussenrohr 7 erwärmt. Das Heizsystem im Bereich des Brennraums 5 hat den Vorteil, dass es sofort nach Zündung eine hohe Wärmeenergie zur Verfügung stellt und eine geringe Trägheit hat, also sehr schnell anspricht.
Es sind keine zuerst aufzuheizenden Flächen vorgesehen, über die ein grosser Teil der Energie auf die zusätzlich eingespeiste Luft übertragen wird.
Das heisse Gas gelangt schliesslich in die Heizgasleitung 23 und strömt linear vom unteren Teil der Heizgasleitung 23 in den oberen Teil der Heizgasleitung 23 und schliesslich weiter durch mäanderförmig gewundene Abschnitte der Heizgasleitung 23, die von Schamotte umgeben sind. Die Schamotte wird erwärmt und gibt Strahlungswärme an die Umgebung ab.
Mit nur etwa 50 C gelangt das heisse Gas in den Kamin 35 (Fig. 4), in die Leitung 37 und schliesslich zum Sieb 41, wo sich Kondensat niederschlägt. Das Kondensat kann an einem Sammelbehälter entnommen werden und/oder über die Leitung 43 wieder stromabwärts geführt werden, wo es in einem heisseren Bereich der Leitung 37 wieder in die Gasströmung eingespeist wird, um erneut zu verdampfen. Über den Kamin 35 gelangt das Gas schliesslich ins Freie.