DE102005056629B4 - Brenneranordnung - Google Patents

Abstract

Brenneranordnung mit einer eine Vielzahl von Durchbrüchen (2) aufweisenden Brennerplatte (1) und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Ausbildung einer sich von der Brennerplatte (1) erstreckenden Brennzone (3),
wobei die Überwachungseinrichtung eine an einer der Brennzone (3) zugewandten Oberseite (4) der Brennerplatte (1) vorgesehene Kathode (5) und eine in den Bereich der Brennzone reichende Anode (7) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennerplatte (1) aus einem nicht-metallischen Werkstoff hergestellt und die Kathode (5) als separat ausgebildetes Bauteil im Bereich der Oberseite (4) der Brennerplatte (1) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine solche Brenneranordnung ist nach dem Stand der Technik allgemein bekannt. Insbesondere Gasbrenner weisen eine aus Metall hergestellte Düsen- bzw. Brennerplatte auf. Beim Betrieb des Gasbrenners wird ein die Düsen durchströmendes Gas verbrannt. Dabei erstrecken sich von einer Oberseite der Brennerplatte Flammen. Beim Betrieb kann es mitunter dazu kommen, dass die Flammen, z. B. durch einen Windstoß, verlöschen. In diesem Fall würde Gas durch die Düsen ausströmen. Das kann beispielsweise in einem geschlossenen Raum zur Bildung eines explosiven Gas/Luft-Gemischs führen. Um das zu vermeiden, ist an der Brennerplatte eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Verlöschens der sich von der Brennerplatte erstreckenden Flammen vorgesehen. In der Überwachungseinrichtung dient die metallische Brennerplatte als Kathode. Oberhalb der Kathode ist im Bereich der Flammen eine Anode vorgesehen. Das Verlöschen einer Flamme kann anhand einer signifikanten Änderung der elektrischen Leitfähigkeit zwischen der Kathode und der Anode erfasst und infolgedessen ein in eine Gaszuführleitung eingeschaltetes Sicherheitsabsperrventil geschlossen werden. Derartige Gasbrenner, bei denen das Gas unter Ausbildung einer freien Flamme verbrannt wird, ermöglichen mitunter keine optimale Verbrennung.
• Aus der DE 43 22 109 A1 ist ein sogenannter Gasporenbrenner bekannt. Dabei wird das Gas in einem aus einer porösen Keramik hergestellten Volumenbrennerelement verbrannt. Der vorge schlagene Gasporenbrenner ermöglicht eine besonders saubere Verbrennung. Wegen des Vorsehens eines Volumenbrennerelements kann es während dem Betrieb kaum zu einem unerwünschten Abbruch der Verbrennungsreaktion kommen. Dennoch ist es auch bei einem solchen Gasporenbrenner beispielsweise infolge einer defekten Zündeinrichtung möglich, dass unerwünschterweise brennbares Gas austritt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Brenneranordnung angegeben werden, welche eine schadstoffarme Verbrennung ermöglicht und bei der gleichzeitig ein unerwünschtes Austreten von unverbranntem Brennstoff schnell und sicher erkennbar ist.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 12.
• Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennerplatte aus einem nicht-metallischen Werkstoff hergestellt und die Kathode als separat ausgebildetes Bauteil im Bereich der Oberseite der Brennerplatte angeordnet ist.
• Infolge der Verwendung eines nicht-metallischen Werkstoffs, beispielsweise eines keramischen Werkstoffs, zur Herstellung der Brennerplatte, wird die Temperaturbeständigkeit und damit die Haltbarkeit einer solchermaßen ausgebildeten Brenneranordnung verbessert. Das Vorsehen einer als separates Bauteil ausgeführten Kathode ermöglicht die Schaffung einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Ausbildung einer sich von der Brennerplatte erstreckenden Brennzone. Die vorgeschlagene Brenneranordnung ermöglicht ein schnelles und zu verlässiges Erkennen des Verlöschens einer Flamme, einer fehlerhaften Zündung oder dgl.. Die vorgeschlagene Arenneranordnung eignet sich sowohl zur Realisierung von Oberflächen- als auch Volumenbrennern. Derartige Brenner ermöglichen eine besonders saubere Verbrennung von Brennstoff. Unter dem Begriff "Brennstoff" werden insbesondere gasförmige Brennstoffe, beispielsweise brennbare Gase, verdampfte Flüssigbrennstoffe, beispielsweise Gemische aus verdampftem Öl und Luft, Alkohol/Luft-Gemische und dgl. verstanden.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Volumenbrennerkörper mit einem eine Verbrennung ermöglichenden kommunizierenden Porenraum gegenüberliegend der Oberseite angeordnet ist. Das Vorsehen eines solchen Volumenbrennerkörpers ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise die Herstellung eines Volumenbrenners. In diesem Fall erfolgt die Verbrennung des Brennstoffs im Wesentlichen innerhalb des Volumenbrennerkörpers. Dabei kann zwischen der Oberseite und einer Unterseite des Volumenbrennerkörpers ein Schlitz mit einer vorgegebenen Weite vorgesehen sein. Die Weite des Schlitzes beträgt zweckmäßigerweise 0,5 bis 15 mm, vorzugsweise 1 bis 5 mm. Das Vorsehen des vorgeschlagenen Schlitzes vereinfacht die Zündung.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist/sind der Volumenbrennerkörper und/oder die Brennerplatte aus einem keramischen Material hergestellt. Es kann sich dabei um eine poröse Keramik, eine Lochplatte, einen keramischen Schaum oder ähnliches handeln.
• Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Kathode im Schlitz angeordnet. Sie kann beispielsweise auf der Oberseite aufliegen. Als besonders vorteilhaft wird es allerdings ange sehen, dass die Kathode in einer zur Oberseite der Brennerplatte hin sich öffnenden Ausnehmung aufgenommen ist. In diesem Fall wird eine unerwünscht starke Erhitzung der Kathode beim Betrieb der Brenneranordnung vermieden. Das ermöglicht eine besonders exakte Erfassung eines Störzustands.
• Zweckmäßigerweise öffnen sich zumindest einige der in der Brennerplatte vorgesehenen Durchbrüche in die Ausnehmung. Infolgedessen wird die in der Ausnehmung aufgenommen Kathode von noch unverbranntem Gas umspült und damit gekühlt.
• Die Ausnehmung ist vorzugsweise so tief ausgeführt, dass darin die Kathode vollständig aufgenommen ist, d. h. die Kathode ragt aus der Ausnehmung nicht über die Oberseite, insbesondere nicht in dem Bereich der Brennzone, hervor.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Kathode sich von der Ausnehmung bis zu einer der Oberseite gegenüberliegenden weiteren Unterseite der Brennerplatte erstreckt. Das ermöglicht auf einfache Weise ein Abführen der Wärme von der Kathode zur gegenüberliegenden kühlen weiteren Unterseite.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung ist es auch möglich, dass die Kathode in einer zur Unterseite des Volumenbrennerkörpers hin sich öffnenden Ausnehmung aufgenommen ist. Daneben ist es auch denkbar, dass die Kathode z. T. in einer an der Oberseite der Brennerplatte sowie in einer an der Unterseite des Volumenbrennerkörpers jeweils teilweise aufgenommen ist.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ausnehmung korrespondierend zur Form der Kathode ausgebildet ist. Damit kann auf einfache und kostengünstige Weise eine unerwünscht starke Erwärmung der Kathode vermieden werden.
• Die Kathode kann aus einer Lochplatte oder einem, vorzugsweise spiral- oder mäanderförmig, gebogenen Draht gebildet sein. Sie ist zweckmäßigerweise aus einem temperaturbeständigen Metall hergestellt.
• Die vorgeschlagene Brenneranordnung findet zweckmäßigerweise insbesondere bei Gasbrennern Verwendung.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Brenneranordnung,
• 2 eine Schnittansicht gemäß 1,
• 3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Brenneranordnung,
• 4 eine Detailansicht des Bereichs A in 3,
• 5 eine perspektivische Ansicht einer ersten Kathode,
• 6 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Kathode,
• 7 eine perspektivische Ansicht einer dritten Kathode und
• 8 eine perspektivische Ansicht einer vierten Kathode.
• Die 1 und 2 zeigen Ansichten einer ersten Brenneranordnung. Es handelt sich dabei um einen Oberflächenbrenner. Eine aus einem keramischen Material, beispielsweise Al₂O₃, ZrO₂ oder dgl., hergestellte Brennerplatte 1 weist die Form einer zylindrischen Scheibe auf. Die Brennerplatte 1 ist mit einer Vielzahl axial verlaufender Durchbrüche 2 zum Durchleiten, z. B. eines gasförmigen Brennstoffs, versehen. Mit dem Bezugszeichen 3 sind von einer Oberseite 4 der Brennerplatte 1 sich erstreckende Flammen bezeichnet. Ein Durchmesser der Durchbrüche 2 ist so gewählt, dass ein Durchschlagen der Flammen 3, d. h. die Ausbildung einer Flamme 3 innerhalb der Durchbrüche 2, unmöglich ist. Eine aus einem temperaturbeständigen Metall hergestellte Kathode 5 ist in einer korrespondierend ausgebildeten und zur Oberseite 4 hin sich öffnenden Ausnehmung 6 aufgenommen. Die Ausnehmung 6 ist so tief ausgebildet, dass darin die, beispielsweise in Form eines gebogenen Drahts ausgeführte, Kathode 5 vollständig aufgenommen wird. D. h. die Kathode 5 ragt nicht über die Oberseite 4 hervor. Die Durchbrüche 2 können sich bis in die Ausnehmung 6 erstreckten. Die Ausnehmung 6 kann entweder nach dem Brennen der die Brennerplatte 1 bildenden Keramik durch Fräsen, Schleifen oder dgl. hergestellt werden. Vorzugsweise wird die Ausnehmung 6 aber bereits vor dem Brennen der Brennerplatte 1 durch eine entsprechende Formgebung oder eine Bearbeitung des Grünkörpers hergestellt.
• Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Anode bezeichnet, welche in etwa gegenüberliegender Anordnung zur Kathode 5 bis in den Bereich der Flammen 3 ragt.
• Wie insbesondere aus 1 ersichtlich ist, sind die Enden 5a der Kathode 5 durch die Brennerplatte 1 hindurch über eine Brennerplattenunterseite 8 hinaus geführt.
• Die 3 und 4 zeigen eine zweite Brenneranordnung. Dabei ist oberhalb der Oberseite 4 der Brennerplatte 1 ein in Form einer zylindrischen Scheibe hergestelltes Volumenbrennerelement 9 vorgesehen. Ein zwischen der Oberseite 4 und einer Volumenbrennerunterseite 10 gebildeter Schlitz 11 weist eine Weite im Bereich von 1 bis 5 mm auf.
• Das Volumenbrennerelement 9 ist zweckmäßigerweise aus einem porösen Material, beispielsweise einer porösen Keramik, einem keramischen Schaum, einem Metallgeflecht oder dgl., hergestellt. Das Volumenbrennerelement 9 weist einen weiteren Durchbruch 12 auf, durch welchen die Anode 7 bis in die Nähe der Oberseite 4 der Brennerplatte 1 geführt ist.
• Die Funktion der Brenneranordnungen ist folgende:
  Gas durchströmt die Durchbrüche 2 in der Brennerplatte 1. Mittels einer (hier nicht gezeigten) Zündvorrichtung wird das Gas gezündet. Die Flammen 3 erstrecken sich infolgedessen von der Oberseite 4 zur Brennerplatte 1. Infolge der Ausbildung der Flammen 3 wird zwischen der Kathode 5 und der Anode 7 mittels einer (hier nicht gezeigten) Messvorrichtung eine signifikante Änderung in der elektrischen Leitfähigkeit gemessen. Diese Änderung zeigt das Vorhandensein der Flammen 3 an. Falls die Flammen 3, beispielsweise infolge einer fehlerhaften Zündung oder eines Windstoßes, nicht entstehen bzw. verlöschen, wird das durch die sich nicht einstellende erhöhte Leitfähigkeit zwischen Kathode 5 und Anode 7 erfasst. Es kann beispielsweise ein in eine Gaszuführleitung eingeschaltetes Sicherheitsabsperrventil automatisch geschlossen werden.
• Zur Erzielung möglichst zuverlässiger Leitfähigkeitsmesswerte hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Kathode 5 in einem vorgegebenen Temperaturbereich zu halten. Zu diesem Zweck ist die Kathode 5 in die zur Oberseite 4 der Brennerplatte 1 hin sich öffnende Ausnehmung 6 eingelegt. Wie insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich ist, erstrecken sich die Flammen 3 erst von der Oberseite 4 der Brennerplatte 1, d. h. die Kathode 5 befindet sich nicht innerhalb der Flammen 3. Abgesehen davon kann die Kathode 5 durch die bis in die Ausnehmung 6 sich erstreckenden Durchbrüche 2 mit Gas umspült und damit gekühlt bzw. in einem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten werden. Zur weiteren thermischen Stabilisierung der Kathode 5 ist es zweckmäßig, deren Enden 5a über die Brennerplattenunterseite 8 hinaus zuführen. Damit kann eine im Bereich der Oberseite 4 auf die Kathode 5 übertragene Wärme in einen kühleren Bereich an der Brennerplattenunterseite 8 angeführt werden. Die vorgeschlagene Anordnung der Kathode 5 ermöglicht ein sicheres und zuverlässiges Erkennen des Vorhandenseins oder des Nichtvorhandenseins einer Flamme 3.
• 5 bis 8 zeigen mögliche Ausgestaltungen der Kathode 5. In den 5 bis 7 ist die Kathode 5 aus einem gebogenen Draht hergestellt. Sie weist jeweils zumindest ein Ende 5a zum Durchführen bis an die Brennerplattenunterseite 8 auf. Wie aus den 5 bis 7 ersichtlich ist, kann der Draht entweder mäanderförmig oder auch spiralförmig gebogen sein.
• Die in 8 gezeigte Kathode 5 besteht aus einer Lochplatte mit einem sich davon erstreckenden Wärmeableit- und Anschlusselement 13.

1

Brennerplatte

2

Durchbruch

3

Flamme

4

Oberseite

5

Kathode

5a

Ende der Kathode

6

Ausnehmung

7

Anode

8

Brennerplattenunterseite

9

Volumenbrennerelement

10

Volumenbrennerelementunterseite

11

Schlitz

12

weiterer Durchbruch

13

Wärmeableit- und Anschlusselement

Claims (12)

1. Brenneranordnung mit einer eine Vielzahl von Durchbrüchen (2) aufweisenden Brennerplatte (1) und einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Ausbildung einer sich von der Brennerplatte (1) erstreckenden Brennzone (3), wobei die Überwachungseinrichtung eine an einer der Brennzone (3) zugewandten Oberseite (4) der Brennerplatte (1) vorgesehene Kathode (5) und eine in den Bereich der Brennzone reichende Anode (7) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerplatte (1) aus einem nicht-metallischen Werkstoff hergestellt und die Kathode (5) als separat ausgebildetes Bauteil im Bereich der Oberseite (4) der Brennerplatte (1) angeordnet ist.
2. Brenneranordnung nach Anspruch 1, wobei ein Volumenbrennerkörper (9) mit einem eine Verbrennung ermöglichenden kommunizierenden Porenraum gegenüberliegend der Oberseite (4) angeordnet ist.
3. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Oberseite (4) und einer Unterseite (10) des Volumenbrennerkörpers (9) ein Schlitz (11) vorgegebener Weite vorgesehen ist.
4. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Volumenbrennerkörper (9) und/oder die Brennerplatte (1) aus einem keramischen Material hergestellt ist/sind.
5. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kathode (5) im Schlitz (11) angeordnet ist.
6. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kathode (5) in einer zur Oberseite (4) der Brennerplatte (1) hin sich öffnenden Ausnehmung (6) aufgenommen ist.
7. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich zumindest einige der in der Brennerplatte (1) vorgesehenen Durchbrüche (2) in die Ausnehmung (6) öffnen.
8. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kathode (5) sich von der Ausnehmung (6) bis zu einer der Oberseite (4) gegenüberliegenden weiteren Unterseite (8) der Brennerplatte (1) erstreckt.
9. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kathode (5) in einer zur Unterseite (10) des Volumenbrennerkörpers (9) hin sich öffnenden Ausnehmung (6) aufgenommen ist.
10. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (6) korrespondierend zur Form der Kathode (5) ausgebildet ist.
11. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kathode (5) aus einer Lochplatte oder einem, vorzugsweise spiral- oder mäanderförmig gebogenen, Draht gebildet ist.
12. Brenneranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brenneranordnung Bestandteil eines Gasbrenners ist.