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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen eines Gas-LuftGemisches in einem Brennraum gemäss dem ersten Teil des unabhängigen Verfahrensanspruchs.
In der DE 24 37 136 A 1 dient ein Wasserreservoir als Rückschlagsperre für hochexplosive Gase. Brennbares Gas strömt durch das Wasser und vermischt sich oberhalb der Wasseroberfläche mit Luft, um anschliessend verbrannt werden zu können. Hierbei wird die Verbrennungsluft im Gegensatz zu einem Verbrennungsverfahren gemäss dem unabhängigen Anspruch des hier beschriebenen Verfahrens, nicht gekühlt. Auch kann die Gemischbildung erst oberhalb der Wasseroberfläche stattfinden, wodurch die Flamme nicht unmittelbar oberhalb der Wasseroberfläche stabilisiert werden kann und somit eine Flammenkühlung durch das Wasser nicht möglich ist.
Somit ermöglicht die in der DE 24 37 136 A1 beschriebene Vorrichtung keine Minderung der Stickoxidemissionen, deren Bildung temperaturabhängig ist.
DE 20 17 160 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung oder Einstellung der Strömung eines Gases durch eine Flüssigkeit. Diese Vorrichtung soll vorwiegend Druckstösse verhindern beziehungsweise dämpfen und beschreibt kein Verbrennungsverfahren.
In der US 3 830 217 A wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der aus Düsen unterhalb einer Wasseroberflache Brenngas ausströmt und oberhalb der Wasseroberfläche verbrennt. Hierbei tntt der Nachteil auf, dass die Gasverteileinrichtung beim Ausschalten der Gaszufuhr voll Wasser läuft.
Ferner findet keine Kühlung des Brenngas-Luft-Gemisches statt, so dass die Vorrichtung keinen positiven Einfluss auf die NOx-Bildung ausübt.
Aus dem Stammpatent, der AT 405 090 B, ist ein Verbrennungsverfahren und ein dieses ausführender Gasbrenner bekanntgeworden, bei dem die Gas-Luft-Gemisch-Zuführung von unten her in den im unteren Bereich mit Wasser gefüllten Brennraum einmündet. Bei Brennschluss tritt hier der Nachteil auf, dass das restliche nicht verbrannte Gas-Luft-Gemisch aus der Zufuhreinrichtung austritt und diese voll Wasser läuft. Damit gestaltet sich das Starten eines solchen Brenners schwierig, da das Wasser mit erhöhtem Druck durch das Gebläse ausgetrieben werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses zuletzt beschriebene, an sich sehr gut arbeitende Verbrennungsverfahren betnebssicher zu gestalten und ein Starten des Brenners ohne Ausblasen der Gas-Luft-Gemisch-Zuführung gelingen zu lassen.
Die Lösung dieser Aufgabe liegt verfahrenstechnisch in den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches. Beim Starten des Brenners muss lediglich eine geringe Flüssigkeitssäule (Differenz zwischen Wasserpegel und Unterseite der Gemischzufuhreinrichtung) überwunden werden. Insbesondere ist es unmöglich, dass Wasser in das Gebläse und die Gaszuführung gelangt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird erreicht, dass die Gemischzufuhreinrichtung konstruktiv einfach aufgebaut und die Verbrennungszone durch die gleichmässige Verteilung homogen ist, was eine schadstoffarme Verbrennung begünstigt.
Gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 kann die Höhe des Wasserpegel angepasst werden, um gegebenenfalls Kondenswasser abzuführen oder z. B. nach längeren Stillstandszeiten verdunstetes Wasser, was eventuell zu einem Absinken des Wasserpegel unter die Unterseite der Gemischzufuhreinrichtung führen könnte, durch Zufuhr von Frischwasser auszugleichen.
Durch die Merkmale des Anspruchs 4 wird eine Vorrichtung zur Durchführung des in den vorstehenden Ansprüchen beschriebenen Verfahrens gekennzeichnet und welche somit die zuvor genannten Vorteile aufweist.
Mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 wird eine Vorrichtung zur Anpassung des Wasserpegelstandes beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Figur der Zeichnung näher erlautert.
Ein Wasserheizer 1 besitzt eine Brennkammer 2, die von einer Wand 3 umgeben ist, die hohl ausgebildet ist und somit eine Innenwand 4 und eine Aussenwand 5 aufweist, die beide durch einen Zwischenraum 6 getrennt sind Es kann eine solche Doppelwandung auch im untersten Bereich der Brennkammer und im obersten Bereich vorgesehen sein, muss aber nicht. Der Zwischenraum 6 Ist über eine Vorlaufleitung 7, die an eine Gruppe von Radiatoren und/oder Konvektoren und/oder eine Fussbodenheizungsanlage angeschlossen ist, über eine Pumpe 9 mit einer Rücklaufleitung 11 verbunden Die Vorlaufleitung 7 geht in einem deutlichen höheren Bereich von der Brennkammer 2 ab, als die Rücklaufleitung 11 mundet. Die Pumpe 9 ist von einem Motor 10 angetrieben.
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In einem Sumpf 13 im unteren Bereich 12 der Brennkammer 2 ist eine Wasserfüllung 14 vor- gesehen, deren Oberfläche von einem Pegel 15 begrenzt wird. Durch diesen Pegel tritt eine Gas- luftzufuhreinrichtung 16, deren Unterseite 17 in jedem Fall unterhalb des Pegelstandes 15 liegt. Die
Oberseite 40 kann oberhalb des Pegels 15 liegen, muss aber nicht.
Die Gasgemischzufuhreinrichtung 16 steht mit einem Gemischrohr 18 in Verbindung, das nach oben durch einen Deckel 41 durch die Brennkammer 2 hinausragt, dort ist in das Gemischrohr 18 ein Frischluftgebläse 19 eingefügt, dem ein Gasventil 20 zugeordnet ist, das von einem Magneten 21 angetrieben ist und das in einer Gaszuleitung 22 liegt. Stromauf des Frischluftgebläses 19 befindet sich ein Frischluftansaugstutzen 42. Das Gas-Luft-Gemisch selbst wird im Frischluftgebläse 19 hergestellt.
Durch den Deckel 41 tritt ein Abgasstutzen 23. Dem Pegel 15 ist ein Pegelfühler 24 zugeord- net, der über eine Messleitung 25 mit einem Pegelregler 26 verbunden ist. Dem Pegelregler 26 ist über eine Leitung 28 ein Pegelsollwertgeber 27 zugeordnet. Der Stellausgang des Pegelreglers 26 ist über eine Leitung 29 an einen Motor 30 einer Pumpe 31 geführt, die im Zuge einer Leitung 32 angeordnet ist, deren Ende 33 im Sumpf 13 angeordnet ist, jedenfalls unterhalb des Pegelstandes
15. Das Ende 34 der Leitung 32 mündet in einen Abwasserbehéílter.
Im Sumpf 13 ist ein Wärmetauscher 35 angeordnet, der über eine Vorlaufleitung 36 und eine Rücklaufleitung 37 mit einem zweiten Wärmeverbraucher in Verbindung steht. Hier kann zum Beispiel Brauchwasser aufgeheizt werden. In der Unterseite 17 der Gas-Luft-Gemisch-Zufuhreinrichtung 16 sind Öffnungen vorgesehen, durch die das von dem Gebläse 19 aufbereitete Gas-LuftGemisch unterhalb des Wasserpegels 15 in Form von Blasen 38 austritt. Diese Blasen werden im Bereich des Wassers 14 umgelenkt und durchtreten auf einer ringförmigen Öffnung rundum die Gasgemischzufuhreinrichtung 16, den Pegel 15 und verbrennen oberhalb des Pegels in der Brennkammer 2. Selbstverständlich ist dem Wasserheizer 1 eine Zündeinrichtung zugeordnet und weiterhin eine Flammenüberwachungseinrichtung.
Das Wesentliche dieses Verbrennungsverfahrens liegt darin, dass das Gas-Luft-Gemisch von oben bis in einen Höhenpegel unterhalb des Wasserpegels 15 eingebracht wird, umgelenkt wird und erst nach erfolgter Umlenkung und nach Durchtritt durch den Wasserpegel 15 verbrennt. Damit ist es unmöglich, dass das Gemischrohr 18 voll Wasser läuft. Ein Starten des Brenners ist mit relativ kleinem Druck durch das Gebläse 19 möglich, da nur eine Differenz zwischen dem Wasserpegel 15 und der Unterseite 17 überwunden werden muss.
Im Verlauf der Verbrennung fällt als Verbrennungsprodukt Wasser an. Überschreitet der Pegel 15 eine bestimmte Maximalgrenze, gemessen durch den Pegelfühler 24, wird durch den Pegelregler 26 die Pumpe 31 in Betrieb gesetzt, und diese senkt den Pegel 15 so weit ab, dass die untere Pegelgrenze erreicht wird.
Sollte die untere Pegelgrenze, die nicht tiefer liegen darf als die Unterkante 17 der Gasluftzufuhreinrichtung 16, nicht erreicht sein, muss vor Betriebsbeginn über den Pegelregler durch Drehrichtungsumkehr der Pumpe 31 der Pegelstand 15 angehoben werden.
Es ist davon ausgegangen worden, dass die Brennkammer 2 mit ihrer Wandung 3, von oben her gesehen, einen Kreisquerschnitt aufweist. Ebenso ist vorgesehen, dass die Zufuhreinrichtung 16 kreisförmig ausgebildet ist, somit ergibt sich ein zu der Zufuhreinrichtung 16 konzentrischer Ringspalt für das Durchtreten der Blasen 38. Es ist zwar auch möglich, den Querschnitt der Wandung 3 polygonartig zum Beispiel als Viereck auszugestalten. Gleichfalls könnte auch die Zufuhreinrichtung ein Polygon sein. Es ergibt sich dann nur ein mehr oder weniger eckiger Ringspalt 43, was für die Funktion aber belanglos ist. Wichtig ist, dass der Ringspalt so gross ist, dass er der Leistung entsprechend eine ausreichende Blasenzahl 38 durchlässt.
Es ist möglich, das Gemischrohr 18 umzulenken und nicht durch den Deckel 41 in die Brennkammer 2 zu führen, sondern auf einem durchaus tieferen Niveau. Wichtig ist dann, dass eine nach oben gekehrte Art Siphon vorgesehen ist, der nicht voll Wasser laufen kann. Wichtig ist in jedem Fall, dass das Mündungsende des Gemischrohres 18 in die eigentliche Gas-Luft-Gemisch-Zufuhreinrichtung 16 von oben hineinragt.