DE102006004506A1

DE102006004506A1 - Brennvorrichtung für Luft-Gas-Gemische

Info

Publication number: DE102006004506A1
Application number: DE102006004506A
Authority: DE
Original assignee: Worgas Bruciatori SRL
Current assignee: Beckett Thermal Solutions SRL
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-05-10

Abstract

Brennvorrichtung für Luft-Gas-Gemische zur Wärmeerzeugung im häuslichen Bereich, insbesondere als Brennwertgerät ausgebildete Brennvorrichtung, umfassend eine Brennereinheit (1), der ein Luft-Gas-Gemisch zur Verbrennung zugeführt werden kann, Gebläsemittel, die die Zuführung des Luft-Gas-Gemisches zur Brennereinheit (1) bewirken oder unterstützen können, wobei die Gebläsemittel strömungstechnisch hinter der Brennereinheit (1) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennvorrichtung für Luft-Gas-Gemische zur Wärmeerzeugung unter Ausnutzung der Kondensationswärmeenergie im Abgas im häuslichen Bereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Brennvorrichtung.

Bei derartigen Brennvorrichtungen handelt es sich um so genannte Brennwertgeräte, die die Kondensationswärmeenergie im Abgas ausnutzen. Brennvorrichtungen der vorgenannten Art sind im Stand der Technik derart ausgeführt, dass das Gebläse strömungstechnisch vor der Brennereinheit beziehungsweise vor dem Wärmetauscher angeordnet ist, der die von der Brennereinheit erzeugte Wärme auf häusliche Versorgungsleitungen überträgt. Diese Anordnung des Gebläses hat zur Folge, dass das Luft-Gas-Gemisch von dem Gebläse in den Brennraum gedrückt wird, so dass eine so genannte Überdruckverbrennung vorliegt. Diese Überdruckverbrennung zieht eine Reihe von Nachteilen nach sich. Aufgrund des Überdrucks in dem Brennraum besteht die Möglichkeit, dass durch Lecks in dem Brennraum Teile des Luft-Gas-Gemisches aus dem Brennraum und damit aus der Brennvorrichtung austreten könnten. Daher muss der Brennraum beziehungsweise müssen mit dem Brennraum verbundene Wärmetauschermittel für den Fall, dass bestimmte Anforderungen der Gasgeräterichtlinie für raumluftunabhängigen Betrieb in Wohnräumen erfüllt werden sollen, mit einem aufwändig gestalteten Gehäuse gekapselt werden, um das Austreten von Gas und/oder Abgas aus der Brennvorrichtung zu verhindern. Weiterhin treten bei aktuell gestalteten Brennvorrichtungen mit vor der Brennereinheit angeordneten Gebläsen oftmals thermoakustische Probleme auf. Bei diesen thermoakustischen Problemen handelt es sich um stehende akustische Wellen, die sich in bestimmten Betriebssituationen in dem geschlossenen Brennraum beziehungsweise in einem geschlossenen Brennkammersystem ausbilden können. Diese stehenden akustischen Wellen können eine unerwünschte Geräuschentwicklung der Brennvorrichtung nach sich ziehen, so dass im Stand der Technik beträchtliche Anstrengungen zur Geräuschunterdrückung unternommen wurden. Beispielsweise wurden aufwändige Zusatzeinbauten in die Brennvorrichtung integriert, um über eine Verstimmung eines Resonanzraums des Brennkammersystems die Geräuschentwicklung zu vermindern. Dies führt jedoch häufig zu einer deutlichen Erhöhung der Druckverluste des Gesamtsystems, was wiederum mit einer Vergrößerung der erforderlichen Gebläseleistung verbunden ist.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung einer Brennvorrichtung der eingangs genannten Art, die kostengünstiger und/oder effektiver ausgebildet ist. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Brennvorrichtung angegeben werden.

Dies wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Brennvorrichtung durch eine Brennvorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 9 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die Gebläsemittel strömungstechnisch hinter der Brennereinheit angeordnet sind. Insbesondere können die Gebläsemittel strömungstechnisch hinter von der Brennvorrichtung umfassten Wärmetauschermitteln angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann sich insbesondere während des Betriebs in dem Brennraum ein Unterdruck ergeben. Durch eine derartige Gestaltung werden eine ganze Reihe von Vorteilen erzielt. Aufgrund der Tatsache, dass in dem Brennraum beziehungsweise im Bereich der Wärmetauschermittel kein Überdruck vorliegt, muss der Brennraum, beziehungsweise müssen der Brennraum und die Wärmetauschermittel nicht mehr von einem einkapselnden Gehäuse umgeben werden. Bei einem eventuell in dem Brennraum vorhandenen Leck würde lediglich von dem Gebläse Umgebungsluft angesaugt. Die Gefahr des Austretens von Gasen aus dem Brennraum ist jedoch aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des Gebläses nicht möglich. Durch den Verzicht auf die aufwändige Kapselung wird zum einen die Brennvorrichtung kompakter und zum anderen kostengünstiger.

Weiterhin entfallen bei einer erfindungsgemäßen Brennvorrichtung Sicherheitsmaßnahmen, die bei herkömmlichen Brennvorrichtungen für den Fall notwendig sind, dass der so genannte Siphon des Brennwertgerätes ausgetrocknet ist. Der Siphon ist Teil der Kondenswasserabführung aus dem Abgasbereich, wobei die Kondenswasserrückführung über den Siphon mit der Umgebung in Verbindung steht. Falls bei herkömmlichen Brennvorrichtungen der Siphon ausgetrocknet ist, können unter Umständen über den Siphon Abgase in die Umgebung austreten. Dies entfällt bei einer erfindungsgemäßen Brennvorrichtung, weil durch die entsprechende ausgangsseitige Anordnung der Gebläsemittel maximal durch den ausgetrockneten Siphon Umgebungsluft als Falschluft angesaugt werden könnte, die keine sicherheitskritischen Zustände hervorrufen kann.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Brennvorrichtung einen von einer Begrenzung umgebenden Brennraum umfasst, in dem die Verbrennung des Luft-Gas-Gemischs stattfinden kann, wobei die Begrenzung des Brennraums mindestens eine Öffnung für die Zuführung des Luft-Gas-Gemischs, mindestens eine Öffnung für die Abführung der bei der Verbrennung entstehenden Abgase sowie mindestens eine zusätzliche Öffnung zur Verminderung der Geräuschentwicklung der Brennvorrichtung umfasst. Beispielsweise besteht auch die Möglichkeit, mehrere zusätzliche Öffnungen zur Verminderung der Geräuschentwicklung vorzusehen. Durch die mindestens eine zusätzliche Öffnung kann das Entstehen von stehenden akustischen Wellen bei entsprechenden Betriebszuständen der Brennvorrichtung verhindert werden, so dass die aus dem Stand der Technik bekannten störenden Geräuschentwicklungen mit sehr einfachen Mitteln verhindert werden können. Dadurch können die aus dem Stand der Technik bekannten kostenintensiven Gegenmaßnahmen vermieden werden. Weiterhin können die durch die aus dem Stand der Technik bekannten Gegenmaßnahmen folgenden Druckverlusterhöhungen vermieden werden, so dass auch die Gebläsemittel als solche wesentlich kleiner ausgebildet sein können. Insgesamt kann durch eine erfindungsgemäße Brennvorrichtung unter Umständen eine Kostenreduzierung um etwa 1/3 der Kosten der aus dem Stand der Technik bekannten Geräte erzielt werden. Weiterhin kann auch eine deutliche Verringerung der Baugröße der Brennvorrichtung erreicht werden. Insbesondere können auch die thermoakustischen Probleme, die bei Brennvorrichtungen aus dem Stand der Technik auftreten, mit einfachsten Mitteln umgangen werden.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die Brennvorrichtung Sensormittel für eine Massenstrommessung in den bei der Verbrennung entstehenden Abgasen umfasst. Beispielsweise können die Sensormittel als Sensor für die Messung des Sauerstoff-Massenstroms ausgebildet sein. Der mittels der Sensormittel erfasste Massenstrom kann zur Regelung der Beeinflussung der Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemischs verwendet werden.

Insbesondere besteht dabei die Möglichkeit, dass die Brennvorrichtung elektrische Regelmittel zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemischs umfasst. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrischen Regelmittel die Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemischs in Abhängigkeit von dem Massenstrom regeln können, der von den Sensormitteln erfasst wird.

Durch die elektrischen Regelmittel, die beispielsweise als elektrische Verbundregelung ausgebildet sind, kann auf den aus dem Stand der Technik bekannten pneumatischen Verbund zwischen Gebläse und Gasarmatur verzichtet werden, bei dem der Gasausgangsdruck durch einen Gaskombiregler den Gebläsedruck regelt. Ein derartiger pneumatischer Verbund ist mit Druckverlusten verbunden, so dass im Stand der Technik auch aus diesem Grund das Gebläse größer dimensioniert sein muss als bei der vorliegenden Erfindung. Die elektrischen Regelmittel bewirken somit ebenfalls indirekt eine Verringerung der Druckverluste und können somit ebenfalls zu einer kleineren Ausführung der Gebläsemittel beitragen.

Weiterhin besteht durch die Massenstrommessung in den bei der Verbrennung entstehenden Abgasen die Möglichkeit, eine sogenannte intelligente Verbrennungsregelung zur Gasartenerkennung oder Gasartenanpassung durchzuführen. Der Massenstrom in den Abgasen kann dem Regelsystem über die Art des zu dem Luft-Gas-Gemisch beitragenden zu verbrennenden Gases Aufschluss geben, so dass die Steuerung der Brenneinheit an diese Gasart angepasst werden kann. Auch dadurch ergeben sich Vorteile der erfindungsgemäßen Brennvorrichtung.

Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die Brennvorrichtung eine Gasarmatur für die Regelung des Gasanteils des Luft-Gas-Gemischs umfasst, wobei die Gasarmatur zusammen mit den Gebläsemitteln zu einer Bauteileinheit zusammengefasst sind. Durch diese Zusammenfassung der Gasarmatur und der Gebläsemittel kann die Brennvorrichtung sehr kompakt gestaltet werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass als Führungsgröße für die Regelung der Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemischs das Gas verwendet wird. Beispielsweise kann somit von den elektrischen Regelmitteln direkt die Gasarmatur beispielsweise über einen Schrittmotor angesteuert werden. Durch die Regelung über das Gas als Führungsgröße kann insbesondere bei einem Anteil von etwa 10 % des Gases an dem Luft-Gas-Gemisch eine deutlich empfindlichere Regelung als bei aus dem Stand der Technik bekannten Brennvorrichtungen realisiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennvorrichtung mit einem vertikalen Wärmetauscher;
2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennvorrichtung mit einem horizontalen Wärmetauscher;
3 eine schematische Vorderansicht einer als Kesselanschlussstück dienenden Bauteileinheit einer erfindungsgemäßen Brennvorrichtung;
4 eine Seitenansicht der Bauteileinheit gemäß 3.
Die in 1 und 2 abgebildeten erfindungsgemäßen Brennvorrichtungen sind als Brennwertwandgeräte ausgebildet, die die Kondensationswärmeenergie im Abgas ausnutzen.
Aus 1 ist ersichtlich, dass eine erfindungsgemäße Brennvorrichtung eine Brennereinheit 1 umfasst, die einen Brenner und einen Brennraum aufweist. Die Brennereinheit 1 wird von einer als Wärmetauschermittel dienenden Wärmetauscherwendel 2 umgeben, auf die die von der Brennereinheit 1 erzeugte Wärme über Konvektion oder Strahlung übertragen wird.
Die bei der Verbrennung eines Luft-Gas-Gemischs in der Brennereinheit 1 entstehenden Abgase können durch den Raum 3, in dem die Brennereinheit 1 und die Wärmetauscherwendel 2 angeordnet sind, in ein Abgasrohr 4 gelangen. Der Raum 3 ist weiterhin über eine mit einem Siphon 5 versehene Rohrleitung mit der Umgebung verbunden. Über diese Rohrleitung wird Kondenswasser abgeführt, das aus den Abgasen kondensieren kann. Der Raum 3 ist von einem Gehäuse 6 umgeben. Das Gehäuse 6 ist auf seiner Oberseite mit einem Brennkammer-Verschlussdeckel 7 dicht abgeschlossen. Durch entsprechende Öffnungen in dem Brennkammerverschlussdeckel 7 kann die Brennereinheit 1 mit dem zu verbrennenden Luft-Gas-Gemisch versorgt werden.
In dem Gehäuse 6 und/oder in einem die Brennereinheit eventuell umgebenen Gehäuse können neben den vorbeschriebenen Öffnungen zusätzlich eine oder mehrere vergleichsweise kleine Öffnungen vorgesehen sein, um das Entstehen stehender akustischer Wellen zu verhindern. Auf diese Weise kann die Geräuschentwicklung der Brennvorrichtung minimiert werden.
Auf der Oberseite des Gehäuses 6 und auf der Oberseite des Abgasrohrs ist eine Bauteileinheit 8 angeordnet, die als Kesselanschlussstück dient. Diese Bauteileinheit 8 wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf 3 und 4 noch näher beschrieben. Über diese Bauteileinheit 8 kann ein Anschluss an das Abluft-Zuluft-System 9 einer Hausanlage realisiert werden. Ein entsprechender Adapter für die Verbindung zwischen dem Abluft-Zuluft-System 9 und der Bauteileinheit 8 ist in 1 und 2 als gestrichelter Kreis mit dem Bezugszeichen 10 skizziert.
Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von der gemäß 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Wärmetauscherwendel 2 horizontal angeordnet ist. Aufgrund der dadurch gedrehten Anordnung der einzelnen Bauteile ist das Abgasrohr 4 der Ausführungsform gemäß 2 sehr kurz und mündet nach einem sehr kurzen Weg direkt in die Bauteileinheit B. Dafür ist ein längerer Gemischkanal 11 für die Zuführung des Luft-Gas-Gemischs zu der Brennereinheit 1 an der rechten Seite der Brennvorrichtung in 2 angeordnet.
Die aus 3 und 4 detailliert ersichtliche Bauteileinheit 8 umfasst Gebläsemittel, von denen ein Gebläsegehäuse 12 und ein Gebläsemotor 13 schematisch skizziert sind. Die Gebläsemittel saugen über den mit dem Abgasrohr 4 verbundenen Abgaseingang 14 Abgas aus dem Raum 3 beziehungsweise aus dem Brennraum ab. Über einen Ausblasstutzen 15 wird das von den Gebläsemitteln angesaugte Abgas aus der Bauteileinheit 8 abgeführt und über den Adapter 10 in das Abluft-Zuluft-System 9 eingebracht.
Die Bauteileinheit 8 umfasst weiterhin eine Gasarmatur 16, mit der die Zufuhr des für die Verbrennung bestimmten Gases geregelt werden kann. Beispielsweise kann die Gasarmatur 16 mittels eines Schrittmotors 17 elektrisch angesteuert werden (siehe dazu 4). In 4 ist weiterhin auch der Gaseingang 18 in die Gasarmatur 16 angedeutet.
Die Bauteileinheit 8 umfasst weiterhin ein als Mischkanal dienendes Zuluftrohr 19, das in den aus 2 ersichtlichen Gemischkanal 11 übergeht beziehungsweise bei der Ausführungsform gemäß 1 direkt in den Brennkammerverschlussdeckel 7 mündet. An der in 4 unteren Seite des Zuluftrohres kann im Bereich des Pfeils 20 Luft in das Zuluftrohr eintreten. Im Bereich des Pfeils 21 kann Gas aus der Gasarmatur in das Zuluftrohr 19 eintreten. Im Bereich des Pfeiles 22 kann das Gemisch aus dem Zuluftrohr in den Gemischkanal 11 übergehen beziehungsweise durch den Brennkammerverschlussdeckel 7 hindurchströmen. Das Zuluftrohr 19 stellt einen Unterdruckbereich dar, weil durch die Gebläsemittel Abgase aus dem Brennraum beziehungsweise aus dem Raum 3 herausgesaugt werden.
In die Abgasleitungen der Bauteileinheit 8 kann ein Massestromsensor, beispielsweise ein Sauerstoffmassestromsensor integriert sein. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Kohlendioxydsensor in die Abgasleitung zu integrieren. Beispielsweise können entsprechende Sensormittel im Bereich des Ausblasstutzens 15 vorgesehen sein. Der Ausblasstutzen 15 befindet sich dabei in einem Überdruckbereich, weil die Gebläsemittel das Abgas in diesen Bereich hineindrücken.

1: Brennereinheit
2: Wärmetauscherwendel
3: Raum um 2
4: Abgasrohr
5: Siphon
6: Gehäuse
7: Brennkammerverschlussdeckel
8: Bauteileinheit
9: Abluft-Zuluft-System
10: Adapter
11: Gemischkanal
12: Gebläsegehäuse
13: Gebläsemotor
14: Abgaseingang
15: Ausblasstutzen
16: Gasarmatur
17: Schrittmotor
18: Gaseingang
19: Zuluftrohr
20: Lufteintritt
21: Gaseintritt
22: Gemischaustritt

Claims

Brennvorrichtung für Luft-Gas-Gemische zur Wärmeerzeugung unter Ausnutzung der Kondensationswärmeenergie im Abgas im häuslichen Bereich, umfassend – eine Brennereinheit (1), der ein Luft-Gas-Gemisch zur Verbrennung zugeführt werden kann; – Gebläsemittel, die die Zuführung des Luft-Gas-Gemisches zur Brennereinheit (1) bewirken oder unterstützen können; dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläsemittel strömungstechnisch hinter der Brennereinheit (1) angeordnet sind.
Brennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennvorrichtung Wärmetauschermittel umfasst, die zur Wärmeübertragung der von der Brennereinheit (1) erzeugten Wärme dienen, wobei die Gebläsemittel strömungstechnisch hinter den Wärmetauschermitteln angeordnet sind.
Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennvorrichtung einen von einer Begrenzung umgebenen Brennraum umfasst, in dem die Verbrennung des Luft-Gas-Gemisches stattfinden kann, wobei die Begrenzung des Brennraums mindestens eine Öffnung für die Zuführung des Luft-Gas-Gemisches, mindestens eine Öffnung für die Abführung der bei der Verbrennung entstehenden Abgase sowie mindestens eine zusätzliche Öffnung zur Verminderung der Geräuschentwicklung der Brennvorrichtung umfasst.
Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennvorrichtung Sensormittel für eine Massenstrommessung in den bei der Verbrennung entstehenden Abgasen umfasst.
Brennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel als Sensor für die Messung des Sauerstoff-Massenstroms ausgebildet sind.
Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennvorrichtung elektrische Regelmittel zur Beeinflussung der Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemisches umfasst.
Brennvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Regelmittel die Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemisches in Abhängigkeit von dem Massenstrom regeln können, der von den Sensormitteln erfasst wird.
Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennvorrichtung eine Gasarmatur (16) für die Regelung des Gasanteils des Luft-Gas-Gemisches umfasst, wobei die Gasarmatur (16) zusammen mit den Gebläsemitteln zu einer Bauteileinheit (8) zusammengefasst ist.
Verfahren zum Betrieb einer Brennvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs in dem Brennraum ein Unterdruck vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Führungsgröße für die Regelung der Zusammensetzung des Luft-Gas-Gemisches das Gas verwendet wird.