DE102005056499A1

DE102005056499A1 - Gasbrenner

Info

Publication number: DE102005056499A1
Application number: DE200510056499
Authority: DE
Inventors: Alexander Groehl; Jürgen Biller
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Orkli SCL
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: DE102005056499B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einer Mischkammer (10), in welcher senkrecht zur Strömungsrichtung (S) des zugeführten Luft-Gasgemisches ein Lochblech (12) und stromabwärts parallel zum Lochblech (12) ein Brennermedium (14) angeordnet ist. An dem Brennermedium (14) brennt das Luft-Gasgemisch ab, wobei im Flammenbereich (16) eine Überwachungselektrode (18) zum Ermitteln des Brennzustands des Luft-Gasgemisches angeordnet ist. An dem Brennermedium (14) bzw. an dem Lochblech (12) ist ein Hauptlastbereich (20) und ein Überwachungsbereich (22) definiert. Das Luft-Gasgemisch kann im Überwachungsbereich (22) nur mit begrenzter Flächenlast und im Hauptlastbereich (20) mit höherer Flächenlast abbrennen. Die Überwachungselektrode (18) ist stromabwärts am Überwachungsbereich (22) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einer Mischkammer, in welcher im Wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung des zugeführten Luft-Gasgemisches ein Lochblech und in Strömungsrichtung parallel zum Lochblech ein Brennermedium angeordnet ist, an dem das Luft-Gasgemisch abbrennt. Im Flammenbereich ist mindestens eine Überwachungselektrode zum Ermitteln des Brennzustands des Luft-Gasgemisches angeordnet.
Derartige Gasbrenner kommen insbesondere bei einem Warmwassergerät oder einem sonstigen gasbetriebenen Heizgerät zum Einsatz. Die Überwachungselektrode dient dazu, unter anderem festzustellen, ob bei zugeführtem Luft-Gasgemisch die Brennerflamme an dem Brennermedium brennt. Falls detektiert wird, dass keine Flamme brennt, soll das generierte Überwachungssignal dazu verwendet werden, die Gaszufuhr über Ansteuerung eines Ventils zu unterbrechen. Auch kann die Überwachungselektrode mit einer Regeleinrichtung verbunden werden, so dass der Brennvorgang abhängig vom Verbrennungszustand des Luft-Gasgemisches regelbar ist. Die bekannten Überwachungselektroden sind als Ionisationselektroden ausgeführt, welche bei Erhitzung einen Ionisationsstrom liefern, der wiederum ausgewertet wird.
Um den Verbrennungszustand des Luft-Gasgemisches im Flammenbereich sicher bestimmen zu können, muss die Überwachungselektrode im Flammenbereich angeordnete sein, damit die brennenden Flammen die Elektrode ausreichend erhitzt oder zumindest das Bennermedium derart glüht, dass eine ausreichende Hitzeentwicklung einen Ionisationsstrom an der Elektrode hervorruft. Bei mittlerer Heizleistung ist dies bei den bekannten Gasbrennern mit ausreichender Sicherheit gegeben. Wenn jedoch die Heizleistung heraufgesetzt wird und somit das Luft-Gasgemisch mit hoher spezifischer Flächenlast an dem Brennermedium beispielsweise im Blue-Flame-Modus abbrennt, entstehen lange Flammen, die über dem Brennermedium schweben und die Elektrode nicht ausreichend erhitzen. Dabei kann es sogar vorkommen, dass bei sehr hoher spezifischer Flächenlast die Flammen erst oberhalb der Überwachungselektrode abbrennen und somit die Elektrode gar nicht mehr der Flamme in Berührung kommt.
Auch ergeben sich bei den bekannten Gasbrennern Probleme hinsichtlich der Ermittlung des Verbrennungszustandes bei Betrieb beispielsweise mit dem Grenzgas, das auch bei niedriger Heizleistung ein Flammenbild erzeugen kann, bei dem die Überwachungselektrode nicht richtig im Flammenbereich angeordnet ist oder das Brennermedium nicht ausreichend zum Glühen angeregt wird. Beim Grenzgas hingegen kann es zum Rückschlagen der Flammenbildung an dem Brennermedium kommen. Ähnliche Probleme können sich auch bei Gaswechsel zu Flüssiggas ergeben.
Bei den bekannten Gasbrennern wird versucht, die vorstehend beschriebenen Probleme dadurch zu beheben, dass besonders empfindliche Überwachungselektroden zum Einsatz kommen, die bereits bei geringer Erhitzung einen Ionisationsstrom liefern. Diese Elektroden sind jedoch sehr aufwändig aufgebaut und entsprechend teuer.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Gasbrenner anzugeben, bei dem eine ausreichende Flammenüberwachung in unterschiedlichen Lastbetrieben und unabhängig von der Gasbeschaffenheit sichergestellt ist. Zudem soll der erfindungsgemäße Gasbrenner den Einsatz einfach aufgebauter und kostengünstiger Überwachungselektroden ermöglichen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.

Demgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Hauptlastbereich und mindestens ein Überwachungsbereich an dem Brennermedium bzw. dem Lochblech definiert sind. Im Überwachungsbereich brennt das Luft-Gasgemisch nur mit begrenzter Flächenlast ab, wohingegen das Luft-Gasgemisch im Hauptlastbereich mit höherer Flächenlast abbrennen kann. Kerngedanke der Erfindung ist dabei, dass die Überwachungselektrode stromabwärts am Überwachungsbereich angeordnet ist.

Somit ist sichergestellt, dass die Überwachungselektrode in einem Brennerbereich, dem Überwachungsbereich, angeordnet ist, in welchem unabhängig von der am Brenner eingestellten Heizleistung das Luft-Gasgemisch nur mit einer begrenzten spezifischen Flächenlast abbrennen kann, so dass es nur zur Ausbildung eines Flammenbildes kommt, bei dem die Flammen „auf dem Brennermedium sitzen" und nicht etwa von diesem abheben. Die Überwachungselektrode ist somit stets im Flammenbereich angeordnet.

Der Überwachungsbereich ist gegenüber dem Hauptlastbereich kleiner dimensioniert und dient in erster Linie der Flammenüberwachung, wohingegen der Hauptlastbereich in erster Linie zum Heizen dient. Im Hauptlastbereich kann das Luft-Gasgemisch mit wesentlich höherer spezifischer Flächenlast beispielsweise im Blue-Flame-Modus abbrennen.

Das Abgasverhalten des erfindungsgemäßen Gasbrenners wird durch den Betrieb des Überwachungsbereichs nicht negativ beeinflusst, zumal die Verbrennungstemperatur an dem Brennermedium im Überwachungsbereich ausreichend hoch ist.

Um eine definierte Ausbildung des Flammenbildes insbesondere im Überwachungsbereich zu erreichen, können der mindestens eine Überwachungsbereich und der Hauptlastbereich im Raumbereich zwischen dem Lochblech und dem Brennermedium definiert sein. Dabei kann der Hauptlastbereich vom Überwachungsbereich durch ein im Wesentlichen senkrecht zum Lochblech angeordnetes Trennblech abgetrennt sein. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass der Luft-Gasgemisch-Strom im Überwachungsbereich unabhängig und unbeeinflusst vom Luft-Gasgemisch-Strom im Hauptlastbereich eingestellt werden kann. So können der Hauptvolumenstrom des Luft-Gasgemisches durch den Hauptlastbereich und ein gegenüber dem Hauptvolumenstrom geringerer Überwachungsvolumenstrom durch den Überwachungsbereich strömen.

In vorteilhafter Weise kann der Überwachungsvolumenstrom, d.h. der Luft-Gasgemisch-Strom im Überwachungsbereich derart begrenzt sein, dass die Flammen im Überwachungsbereich unabhängig vom Hauptvolumenstrom direkt an dem Brennermedium abbrennen bzw. die Flammen direkt „auf dem Brennermedium sitzen". Dies wird auch dadurch erreicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Luft-Gasgemisches durch den Überwachungsbereich deutlich begrenzt ist und die Flammen nicht von dem Brennermedium abheben können.

Die Begrenzung des Luft-Gasgemisch-Stroms im Überwachungsbereich kann gemäß einem erfindungsgemäßen Gedanken dadurch erreicht werden, dass das Lochblech im Überwachungsbereich kleinere Lochdurchmesser als im Hauptlastbereich aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann zur Begrenzung des Luft-Gasgemisch-Stroms im Überwachungsbereich das Lochblech im Überwachungsbereich eine höhere Lochdichte als im Hauptlastbereich aufweisen.

Eine besonders einfache Anordnung wird dadurch erreicht, dass die Überwachungselektrode in direktem Kontakt zu den im Überwachungsbereich direkt an dem Brennermedium abbrennenden Flammen angeordnet ist. Dies kann auch sichergestellt werden, zumal im Überwachungsbereich die Flammen in einem durch den begrenzten Volumenstrom des Luft-Gasgemisches definierten Flammenbild abbrennen.

Die Überwachungselektrode kann besonders einfach aufgebaut sein, wobei sie als Ionisationselektrode ausgebildet ist und im direkten Kontakt zu den im Überwachungsbereich direkt an dem Brennermedium abbrennenden Flammen einen hohen Ionisationsstrom liefert. Eine derartige Elektrode lässt sich einfach aufbauen und muss keine besonderen Anforderungen an eine hohe Empfindlichkeit erfüllen, da stets ein ausreichender Kontakt zur abbrennenden Flamme im Überwachungsbereich gewährleistet ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in schematischer Seitenansicht und in stark vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen Gasbrenner;
2 in schematischer Seitenansicht und in vereinfachter Darstellung einen Teil des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Gasbrenners bei eingestellter mittlerer Heizleistung;
3 in schematischer Draufsicht den in 2 gezeigten Teil des erfindungsgemäßen Gasbrenners; und
4 in schematischer Seitenansicht den in 2 gezeigten Teil des erfindungsgemäßen Gasbrenners bei eingestellter hoher Heizleistung.
1 zeigt in schematischer Seitenansicht und in stark vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen Gasbrenner für ein Warmwassergerät. In einer Vormischkammer 8 wird Luft und Gas, das vom Gasversorger über eine Gaszuführleitung bereitgestellt wird, zu einem Luft-Gasgemisch vermischt. Das Luft-Gasgemisch wird in die über der Vormischkammer 8 liegende Mischkammer weitergeleitet.
Innerhalb der Mischkammer 10 ist senkrecht zur Strömungsrichtung des Pfeils S des zugeführten Luft-Gasgemisches ein Lochblech 12 angeordnet. Das Lochblech 12 weist eine Vielzahl von Durchgangslöchern auf, durch die hindurch das Luft-Gasgemisch in Richtung des Pfeils S strömt. Das Lochblech 12 dient der gleichmäßigen Verteilung des Luft-Gasgemisches im oberen Teil der Mischkammer. In Richtung des Pfeils S ist parallel zum Lochblech 12 ein Brennermedium 14 beispielsweise aus einem Keramikvlies angeordnet, an dem das Luft-Gasgemisch an der der Mischkammer abgewandten Seite abbrennt.
In dem Bereich 16 oberhalb des Brennermediums 14, in welchem die Flammen im (in 1 nicht gezeigten) Betrieb abbrennen, ist eine als Ionisationselektrode aus gebildete Überwachungselektrode 18 zum Ermitteln des Brennzustands des Luft-Gasgemisches angeordnet.
Die Flammen brennen im Betrieb an dem Brennermedium 14 in einem Bereich 16 ab, der wiederum zum (nicht näher dargestellten) Abgasraum 6 zählt. In dem Abgasraum 6 ist ein oberhalb des Brennermediums 14 positionierter Wärmetauscher 4 angeordnet, der wiederum zur Aufnahme der zur Erwärmung eines (nicht gezeigten) Wasserreservoirs genutzten Verbrennungswärme dient.
Der in 1 stark vereinfacht gezeigte Gasbrenner weist noch eine Vielzahl weiterer, bekannter und für einen Gasbrenner üblicher Komponenten auf, die jedoch zum weiteren Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht notwendig und deshalb ausgelassen sind.
2 zeigt in schematischer Seitenansicht und in vereinfachter Darstellung einen Teil des in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Gasbrenners, wohingegen 3 eine schematische Draufsicht zeigt.
An dem Brennermedium 14 oder dem Lochblech 12 bzw. im Raumbereich zwischen dem Lochblech 12 und dem Brennermedium 14 ist ein Hauptlastbereich 20 definiert, welcher zur Erhitzung des (nicht gezeigten) Wasserreservoirs dient. Neben dem Hauptlastbereich 20 ist ein durch ein Trennblech 24 abgetrennter Überwachungsbereich 22 definiert, in welchem das Luft-Gasgemisch nur mit gegenüber dem Hauptlastbereich 20 begrenzter Flächenlast abbrennen kann. Der Überwachungsbereich 22 ist gegenüber dem Hauptlastbereich 20 wesentlich kleiner ausgebildet, jedoch in 2 aus Gründen verbesserter Darstellbarkeit deutlich verbreitert gezeichnet.
Der in Richtung des Pfeils S zugeführte, das Lochblech 12 insgesamt durchsetzende Volumenstrom des Luft-Gasgemisches ist so vorgewählt, dass die im Flammenbe reich 16 abbrennenden Flammen 26 sowohl im Überwachungsbereich 22 als auch im Hauptlastbereich 20 „auf dem Brennermedium 14 aufsitzen" und nicht etwa von dem Brennermedium 14 abgehoben, beispielsweise im Blue-Flame-Modus abbrennen.
Oberhalb des Überwachungsbereiches 22 ist die Überwachungselektrode 18 angeordnet. Die Überwachungselektrode 18 ist in direktem Kontakt zu den im Überwachungsbereich 22 direkt an dem Brennermedium 14 abbrennenden Flammen 26 angeordnet. Dabei erstreckt sich die Überwachungselektrode 18 oberhalb des Überwachungsbereiches 22 parallel zum Trennblech 24. Die Überwachungselektrode ist als Ionisationselektrode ausgebildet, die bei Erhitzung einen Ionisationsstrom bzw. ein Ionisationssignalerzeugt, dass beispielsweise für eine Regelung abgegriffen werden kann.
4 zeigt in schematischer Seitenansicht den in 2 gezeigten Teil des erfindungsgemäßen Gasbrenners.
Im Hauptlastbereich 20 des Gasbrenners kann das Luft-Gasgemisch abhängig von dem eingestellten Volumenstrom des Luft-Gasgemisches mit wesentlich höherer Flächenlast abbrennen als im Überwachungsbereich 22. Dies wird dadurch erreicht, dass das Lochblech im Überwachungsbereich 22 kleinere Lochdurchmesser als im Hauptlastbereich 20 aufweist, wodurch der Luft-Gasgemisch-Durchsatz und die Strömungsgeschwindigkeit im Überwachungsbereich 22 begrenzt sind. Zusätzlich weist das Lochblech 12 im Überwachungsbereich 22 eine höhere Lochdichte als im Hauptlastbereich 20 auf.
Der Hauptlastbereich 20 ist vom Überwachungsbereich 22 durch das senkrecht zum Lochblech 12 angeordnete Trennblech 24 abgetrennt, so dass nach Verlassen des Lochblechs 12 zwei getrennte Volumenströme des Luft-Gasgemisches entstehen. Das Trennblech 24 trennt zumindest den in 4 gezeigten oberen Teil der Brennkammer 10 in zwei separate Kammern.
Wird nun, wie in 4 dargestellt, insgesamt ein hoher Volumenstrom des Luft-Gasgemisches in Richtung des Pfeils S mit dem Ziel des Erreichens einer hohen Heizleistung am Gasbrenner eingestellt, so strömt anteilig ein hoher Hauptvolumenstrom HS durch den Hauptlastbereich 20 und ein gegenüber dem Hauptvolumenstrom HS geringerer, begrenzter Überwachungsvolumenstrom ÜS durch den Überwachungsbereich 22. Da der Überwachungsvolumenstrom ÜS begrenzt ist, brennen die Flammen 26 im Überwachungsbereich 22 unabhängig vom Hauptvolumenstrom HS direkt an dem Brennermedium 14 ab.
Aufgrund des hohen Hauptvolumenstroms HS heben die Flammen im Hauptlastbereich 20 von dem Brennermedium 14 ab und brennen im Blue-Flame-Modus ab. Demgegenüber sitzen die Flammen 26 im Überwachungsbereich 22 direkt an dem Brennermedium 14 und bringen dieses im Überwachungsbereich 22 wirkungsvoll zum Glühen. Die Überwachungselektrode 18 wird direkt von den Flammen 26 und dem glühenden Brennermedium 14 erhitzt. Die Überwachungselektrode 18 liefert dabei einen hohen Ionisationsstrom.
Wie anhand des Vergleiches der 2 und 4 deutlich wird, ist es mit dem erfindungsgemäßen Gasbrenner möglich, eine sichere Flammenüberwachung unabhängig von der eingestellten Heizleistung bzw. unabhängig vom Volumenstrom des zugeführten Luft-Gasgemisches sicherzustellen. Zudem ermöglicht der erfindungsgemäße Gasbrenner den Einsatz einer einfach aufgebauten Überwachungselektrode, da stets ein guter thermischer Kontakt zu den im Überwachungsbereich 22 abbrennenden Flammen 26 gewährleistet ist.

Claims

Gasbrenner mit einer Mischkammer (10), in welcher im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung (S) des zugeführten Luft-Gasgemisches ein Lochblech (12) und stromabwärts parallel zum Lochblech (12) ein Brennermedium (14) angeordnet ist, an dem das Luft-Gasgemisch abbrennt, wobei im Flammenbereich (16) mindestens eine Überwachungselektrode (18) zum Ermitteln des Brennzustands des Luft-Gasgemisches angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hauptlastbereich (20) und mindestens ein Überwachungsbereich (22) an dem Brennermedium (14) bzw. dem Lochblech (12) definiert ist, wobei das Luft-Gasgemisch im Überwachungsbereich (22) nur mit begrenzter Flächenlast und im Hauptlastbereich (20) mit höherer Flächenlast abbrennbar ist und die mindestens eine Überwachungselektrode (18) stromabwärts am Überwachungsbereich (22) angeordnet ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptlastbereich (20) und der mindestens eine Überwachungsbereich (22) im Raumbereich zwischen dem Lochblech (12) und dem Brennermedium (14) definiert ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptlastbereich (20) vom Überwachungsbereich (22) durch ein im Wesentlichen senkrecht zum Lochblech (12) angeordnetes Trennblech (24) getrennt ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptvolumenstrom (HS) des Luft-Gasgemisches durch den Hauptlastbereich (20) und ein gegenüber dem Hauptvolumenstrom geringerer Überwachungsvolumenstrom (ÜS) durch den Überwachungsbereich (22) strömt.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsvolumenstrom (ÜS) begrenzt ist, wobei die Flammen (26) im Überwachungsbereich (22) unabhängig vom Hauptvolumenstrom (HS) direkt an dem Brennermedium (14) abbrennen.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochblech im Überwachungsbereich (22) kleinere Lochdurchmesser als im Hauptlastbereich (20) aufweist, wobei der Luft-Gasgemisch-Durchsatz begrenzt ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lochblech (12) im Überwachungsbereich (22) eine höhere Lochdichte als im Hauptlastbereich (20) aufweist.
Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektrode (18) in direktem Kontakt zu den im Überwachungsbereich (22) direkt an dem Brennermedium (14) abbrennenden Flammen (26) angeordnet ist.
Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektrode (18) als Ionisationselektrode ausgebildet ist und im direkten Kontakt zu den im Überwachungsbereich (22) direkt an dem Brennermedium (14) abbrennenden Flammen (26) einen hohen Ionisationsstrom liefert.