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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennervorrichtung und
betrifft insbesondere eine Brennervorrichtung, die zur Verwendung
bei einem Warmwasserbereiter oder einem Heißwasserbereiter geeignet ist.
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Eine
Brennervorrichtung bildet eine der Hauptkomponenten in einem Warmwasserbereiter oder
einem Heißwasserbereiter
und findet sowohl im häuslichen
Bereich als auch in Fabriken häufige
Verwendung.
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In
der letzten Zeit ist die Umweltzerstörung aufgrund von sauerem Regen
zu einem großen
gesellschaftlichen Faktor geworden, und aus diesem Grund besteht
ein dringender Bedarf zum Reduzieren der Gesamtmenge der Emission
von NOx (Stickstoffoxiden).
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Es
gibt eine Brennervorrichtung, die ein Verbrennungssystem verwendet,
das als Verfahren mit "fetter
und magerer Brennstoffverbrennung" bezeichnet wird und zur Verwendung
in einem kleinen Gerät, wie
zum Beispiel einem Warmwasserbereiter, geeignet ist und zur Reduzierung
von NOx-Emissionen in der Lage ist.
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Das
Verfahren mit "fetter
und magerer Brennstoffverbrennung" ist dazu ausgelegt, eine Hauptflamme
aus einem mageren Gasgemisch zu erzeugen, das gebildet ist aus Brenngas
in mit Luft vorgemischter Form in einer Menge, die etwa das 1,6-fache
der theoretischen Luftmenge beträgt,
wobei um die Hauptflamme herum eine Zusatz flamme angeordnet wird,
die aus einem fetten Gasgemisch mit einer geringen Menge an zugemischter
Luft und einer hohen Gaskonzentration erzeugt wird.
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Eine
Brennervorrichtung, die auf der fetten und mageren Brennstoffverbrennung
basiert, ist zum Beispiel für
eine solche Konfiguration bekannt, wie sie in den Patentdokumenten
JP-5-118 516A und JP 6-126 788A offenbart ist.
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Ein
Verbrennungsverfahren mit einer geringeren Menge an NOx-Emissionen
beinhaltet ferner ein Verbrennungssystem, das als Verfahren mit "zweistufiger Verbrennung" bezeichnet wird.
Das zweistufige Verbrennungsverfahren ist dazu ausgebildet, Brenngas
in einem sauerstoffarmen Zustand zu injizieren, um eine Primärflamme
durch Zünden des
Gases zu erzeugen, so daß durch
Zuführen
von Sekundärluft
zu dem unverbrannten Gas eine Sekundärflamme erzeugt wird.
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Eine
Brennervorrichtung, die von einem solchen zweistufigen Verbrennungsverfahren
Gebrauch macht, ist in dem Patentdokument JP 52-143 524A offenbart.
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Eine
Brennervorrichtung, die das Verbrennungsverfahren mit fettem und
mageren Brennstoff verwendet, erzeugt eine geringere Menge an NOx-Emissionen
und ist auf dem Markt allgemein anerkannt, hat jedoch den Nachteil
eines geringen Regelbereichs (Turn Down Ratio). Eine Brennervorrichtung,
die das Verbrennungsverfahren mit fettem und magerem Brennstoff
verwendet, beinhaltet insbesondere den Nachteil, daß die Verbrennung
in einem Bereich mit niedrigem Wärmewert
schwierig ist.
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Insbesondere
wird bei dem Verbrennungsverfahren mit fettem und magerem Brennstoff
eine Hauptflamme aus einem mageren Gasgemisch erzeugt, das gebildet
ist aus Brenngas in einer Vormischung mit Luft, die etwa das 1,6-fache
der Menge der theoretischen Luftmenge beträgt, wie dies bereits erwähnt worden
ist. Das Gasgemisch hat aufgrund seiner mageren Ausbildung eine
niedrige Brennrate.
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Die
Brennervorrichtung, die das Verbrennungsverfahren mit fettem und
magerem Brennstoff verwendet, ist mit einem Gebläse zum Erzeugen eines mageren
Gasgemisches versehen, wobei das Gebläse jedoch über die Jahre seiner Verwendung hinweg
Beeinträchtigungen
erleidet, die allmählich
zu einer Reduzierung seines Blasvolumens führen. Ferner kommt es zu einem
Zusetzen des Filters die Gebläses,
so daß sein
Luftblasvolumen vermindert wird. Das verminderte Luftblasvolumen
reduziert die Luftmenge in dem Gasgemisch zur Erzeugung einer Hauptflamme,
so daß sich
die Menge der zugemischten Luft an die theoretische Luftmenge annähert. Infolgedessen
wird die Verbrennungsgeschwindigkeit der Hauptflamme schneller.
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Daher
nähert
sich ein proximales Ende einer Flamme im Verlauf der Zeit allmählich an
die Brenneröffnungen
an. Die Verbrennung in einem Bereich mit niedrigem Wärmewert
führt somit
dazu, daß sich ein
proximales Ende einer Flamme an die Brenneröffnungen annähert, so
daß es
zu einer Beschädigung der
Brenneröffnungen
kommt. Aus diesem Grund ist eine Brennervorrichtung, die mit dem
Verbrennungsverfahren mit fettem und magerem Brennstoff arbeitet,
aufgrund der zu erwartenden Alterung dazu gezwungen, die Verbrennung
auf einen Bereich mit niedrigem Wärmewert zu begrenzen.
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Darüber hinaus
beinhaltet das Verbrennungsverfahren mit fettem und magerem Brennstoff eine
solche Einschränkung,
wie z.B. einen engen Bereich von nutzbarem Gas. Insbesondere kann
das von einem Gaserzeuger gelieferte Brenngas durch einen einzigen
Bestandteil gebildet sein, doch in vielen Fällen besteht es aus einer Vielzahl
von Bestandteilen. Dies führt
zu unterschiedlichen Verbrennungsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit
von den Herstellern des Brenngases, selbst wenn ihre Mengen der Wärmeerzeugung
(Wärmemengen
pro Volumeneinheit) untereinander gleich sind.
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Da
das Verbrennungsverfahren mit fettem und magerem Brennstoff eine
Hauptflamme in einem Zustand mit Luftüberschuß erzeugt, kann Brenngas mit
einer geringen Verbrennungsgeschwindigkeit möglicherweise ein Abblasen hervorrufen,
so daß es zu
einer instabilen Verbrennung kommt.
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Im
Gegensatz dazu kann das zweistufige Verbrennungsverfahren einen
höheren
Regelbereich erzielen als das Verbrennungsverfahren mit fettem und
magerem Brennstoff. Ferner steht eine große Vielzahl verschiedener Brenngase
zur Verfügung. Das
zweistufige Verfahren verbrennt Brenngas jedoch in einem sauerstoffarmen
Zustand, so daß sich eine
instabile Verbrennung ergibt. Wahrscheinlich aus diesem Grund findet
man in der Praxis keinerlei solche im Handel angebotenen Geräte, wie
Warmwasserbereiter, die von dem zweistufigen Verbrennungsverfahren
Gebrauch machen.
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Eine
Brennervorrichtung, die das zweistufige Verbrennungsverfahren verwendet,
ist derart ausgebildet, daß eine
Brenneröffnungsanordnung
zum Erzeugen einer Primärflamme
von einer Luftverbrennungsanordnung zum Erzeugen einer Sekundärflamme
strömungsabwärts von
der Primärflamme
umgeben ist.
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Die
herkömmliche
Brennervorrichtung des Typs mit zweistufiger Verbrennung zur Verwendung bei
anderen Anwendungen als bei einem Warmwasserbereiter verwendet ein
Thermoelement als Einrichtung zum Einschätzen des Verbrennungszustands,
jedoch kann das Thermoelement einen Mangel an Zuführungsluft
nicht feststellen, und aus diesem Grund wird anstelle des Thermoelements
in den letzten Jahren in erster Linie ein Ionenstrom-Meßelement
(Sonde) zum Messen des Ionenstroms (der auch als Ionisationsstrom
bezeichnet wird) in der Flamme verwendet.
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Ionen
sind in der Flamme vorhanden, bei der es sich elektrisch um einen
Leiter handelt. Ein Ionengehalt in einer Primärflamme und ein Ionengehalt
in einer Sekundärflamme
werden gemessen, um daraus eine Differenz zwischen den beiden Ionengehalten
zu berechnen. Daher müssen
Ionenstrom-Meßelemente
an zwei Stellen der Brennervorrichtung positioniert werden.
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Warmwasserbereiter
sind in den letzten Jahren miniaturisiert worden. Zugleich mußte auch
eine in einen Warmwasserbereiter integrierte Brennervorrichtung
miniaturisiert werden. Zwei Ionenstrom-Meßinstrumente, die in einer
Brennervorrichtung positioniert sind, würden somit näher beieinander
positioniert. Auf diese Weise besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß Ionenstrom
zwischen den beiden Meßelementen
fließt,
wobei dies zu signifikanten, nachteiligen Auswirkungen auf die Einschätzung des
Verbrennungszustands führt.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die im Hinblick auf die vorstehend
geschilderten Probleme und Nachteile beim Stand der Technik erfolgt ist,
besteht somit in der Schaffung einer Brennervorrichtung, die in
der Lage ist, einen Mangel an Luftmenge relativ zu der Menge des
Brenngases mit Sicherheit festzustellen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Brennervorrichtung, wie sie in den Ansprüchen 1 und
4 angegeben ist.
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Gemäß einem
Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Brennervorrichtung,
die zum Ausführen
einer primären
Verbrennung eines aus einer Mischung aus Primärluft und Brenngas gebildeten Luft-Brennstoff-Gemisches
in einem sauerstoffarmen Zustand ausgebildet ist sowie ferner zum
Ausführen einer
sekundären
Verbrennung unter Zufuhr von Sekundärluft ausgebildet ist, wobei
die Brennervorrichtung ein erstes Ionenstrom-Meßelement aufweist, das an einer
Stelle positioniert ist, an der eine Flamme der primären Verbrennung
entstehen soll, sowie ein zweites Ionenstrom- Meßelement
aufweist, das einer Sekundärluft-Zuführungsöffnung zum
Zuführen der
Sekundärluft
benachbart angeordnet ist, so daß die zugeführte Luft und/oder das zugeführte Brenngas
auf der Basis der Meßwerte
des ersten und des zweiten Ionenstrom-Meßelements
steuerbar sind.
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Das
erste Ionenstrom-Meßelement
durchsetzt die eine hohe Temperatur aufweisende Flammfront der Primärflamme,
wobei sich das distale Ende von diesem in der Primärflamme
befindet. Die Primärflamme
beinhaltet ein unverbranntes Luft-Brennstoff-Gemisch, das eine niedrige Temperatur
hat. Infolgedessen erreicht das erste Meßelement insgesamt keine extrem
hohe Temperatur. Ferner wird das zweite Ionenstrom-Meßelement
durch die Sekundärluft
gekühlt.
Dadurch wird eine Verformung des ersten und des zweiten Meßelements
aufgrund hoher Temperatur vermieden. Ferner wird der Verbrennungszustand
der Brennervorrichtung detektiert und eine anomale Verbrennung in
angemessener Weise normalisiert bzw. in einen normalen Zustand gebracht.
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Durch
das Vorsehen der beiden Ionenstrom-Meßelemente in der vorstehend
beschriebenen Weise ändern
sich von dem ersten und dem zweiten Meßelement erzielte Ausgangswerte
nicht synchron mit einer Reduzierung einer zugeführten Luftmenge, so daß sich eine
Reduzierung der zugeführten
Luftmenge mit Sicherheit detektieren läßt.
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Was
die zugeführte
Luft anbelangt, können die
Zufuhr von dieser oder ein Verhältnis
der Verteilung der Primärluft
und der Sekundärluft
gesteuert werden.
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Die
Brennervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, daß sie zur
Steuerung von mindestens einem Parameter aus einer Gruppe in der
Lage ist, die aus folgenden Parametern besteht: (a) dem Verhältnis der
Menge der Primärluft
zu der Menge der Sekundärluft,
(b) der Gesamtmenge der Primärluft
und der Sekundärluft,
und (c) der Menge des Brenngases.
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Eine
solche Anordnung erzeugt einen ähnlichen
Effekt, wie er vorstehend beschrieben worden ist. Ferner schafft
die vorliegende Anordnung eine Steuerung von mindestens einem Parameter
aus einer Gruppe, die aus folgenden Parametern besteht: dem Verhältnis der
Menge der Primärluft
zu der Menge der Sekundärluft,
der Gesamtmenge der Primärluft
und der Sekundärluft,
und der Menge des Brenngases, und zwar auf der Basis der Meßwerte von dem
ersten und dem zweiten Ionenstrom-Meßelement, so daß sich der
Verbrennungszustand selbst dann in geeigneter Weise normalisieren
läßt, wenn der
Verbrennungszustand anomal wird.
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Durch
Anordnen der beiden Ionenstrom-Meßelemente in der vorstehend
beschriebenen Weise ändern
sich die von dem ersten und dem zweiten Meßelement erhaltenen Ausgangswerte
nicht synchron mit einer Reduzierung einer zugeführten Luftmenge, so daß sich die
Reduzierung einer Menge der zugeführten Luft mit Sicherheit feststellen
läßt.
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Die
erfindungsgemäße Brennervorrichtung kann
folgendes aufweisen:
mindestens einen Vormischer, der zum Einleiten
des Brennergases in diese zusammen mit der Primärluft ausgebildet ist, um das
Luft-Brennstoff-Gemisch in einem sauerstoffarmen Zustand zu erzeugen;
mindestens
ein Luftpassagenelement mit einer Wand-Form, das die Sekundärluft-Zuführungsöffnung zum
Zuführen
der Sekundärluft
an seinem distalen Ende aufweist; mindestens eine Brenneröffnungsanordnung,
die zwischen zwei Luftpassagenelementen oder zwischen dem Luftpassagenelement und
einer weiteren Wand angeordnet ist; und
mindestens einen Verbrennungsbereich,
der durch einen von der Brenneröffnungsanordnung
und dem Luftpassagenelement umgebenen Raum gebildet ist, wobei das
Luft-Brennstoff-Gemisch von der Brenneröffnungsanordnung in den Verbrennungsbereich
abgegeben wird, um die primäre
Verbrennung auszuführen
und ferner unter Zufuhr der Sekundärluft von der Sekundärluft-Zuführungsöffnung des
Luftpassagenelements die sekundäre
Verbrennung auszuführen.
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Die
Brennervorrichtung gemäß dem vorliegenden
Aspekt weist das erste Ionenstrom-Meßelement
auf, das an einer Stelle angeordnet ist, an der eine Flamme der
primären
Verbrennung entstehen soll, und weist ferner das zweite Ionenstrom-Meßelement
auf, das der Luftzuführungsöffnung benachbart angeordnet
ist, so daß die
beiden Meßelemente
keine hohe Temperatur erreichen. Insbesondere wird das zweite Meßelement
durch die von der Luftzuführungsöffnung zugeführte Sekundärluft gekühlt, so daß eine Verformung
aufgrund hoher Temperatur vermieden ist.
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Weiterhin
schützt
die Sekundärluft
während einer
normalen Verbrennung das zweite Meßelement vor den Flammen, so
daß das
Strömen
eines schwachen Ionenstroms zwischen dem ersten und dem zweiten
Meßelement
verhindert wird und somit eine anomale Verbrennung bei einem Mangel
an Luft mit Sicherheit detektiert wird.
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Bei
der Detektion einer anomalen Verbrennung aufgrund von Meßwerten
von den beiden Meßelementen
ist die Brennervorrichtung ferner dazu ausgebildet, mindestens einen
Parameter aus einer Gruppe zu steuern, die aus folgenden Parametern besteht: dem
Verhältnis
der Menge der Primärluft
zu der Menge der Sekundärluft,
der Gesamtmenge der Primärluft
und der Sekundärluft,
sowie der Menge des Brenngases, um dadurch die anomale Verbrennung
in einen normalen Zustand zu bringen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennervorrichtung
angegeben, die zum Ausführen
einer primären
Verbrennung eines aus einer Mischung aus Primärluft und Brenngas gebildeten
Luft-Brennstoff-Gemisches in einem sauerstoffarmen Zustand ausgebildet
ist sowie ferner zum Ausführen
einer sekundären
Verbrennung unter Zufuhr von Sekundärluft ausgebildet ist.
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Die
Brennervorrichtung weist dabei folgendes auf: ein erstes Ionenstrom-Meßelement,
das an einer Stelle angeordnet ist, an der eine Flamme der primären Verbrennung
entstehen soll, eine Luftzuführungsöffnung zum
Zuführen
von anderer Luft als der Primärluft
zu einer Basis der Flamme der primären Verbrennung, und ein zweites
Ionenstrom-Meßelement,
das der Luftzuführungsöffnung benachbart
angeordnet ist, so daß die
zugeführte
Luft und/oder das zugeführte
Brenngas auf der Basis der Meßwerte
des ersten und des zweiten Ionenstrom-Meßelements steuerbar sind.
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Die
Brennervorrichtung kann folgendes aufweisen:
mindestens einen
Vormischer, der zum Einleiten des Brenngases zusammen mit der Primärluft ausgebildet
ist, um das Luft-Brennstoff-Gemisch in einem sauerstoffarmen Zustand
zu erzeugen;
mindestens ein Luftpassagenelement mit einer Wand-Form,
das eine Sekundärluft-Zuführungsöffnung aufweist;
mindestens
eine Brenneröffnungsanordnung,
die zwischen zwei Luftpassagenelementen oder zwischen dem Luftpassagenelement
und einer weiteren Wand angeordnet ist; sowie
mindestens einen
Verbrennungsbereich, der durch einen von der Brenneröffnungsanordnung
und dem Luftpassagenelement umgebenen Raum gebildet ist, wobei das
Luft-Brennstoff-Gemisch
von der Brenneröffnungsanordnung
in den Verbrennungsbereich abgegeben wird, um die primäre Verbrennung
auszuführen,
und wobei sich die Sekundärluft-Zuführungsöffnung an
einer Basis der Flamme der primären
Verbrennung befindet.
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Wie
vorstehend erwähnt,
durchsetzt das distale Ende des ersten Meßelements die Flammfront der
Primärflamme
und ist somit innerhalb der Primärflamme
bei einer relativ niedrigen Temperatur angeordnet, so daß das erste
Meßinstrument
insgesamt keine extrem hohe Temperatur erreicht. Ferner ist das
zweite Ionenstrom-Meßelement
durch Luft kühlbar.
Infolgedessen wird eine durch hohe Temperatur bedingte Verformung
der beiden Meßelemente
vermieden.
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Das
distale Ende des ersten Ionenstrom-Meßelements kann gekrümmt oder
gebogen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
ist das distale Ende des ersten Meßelements in Richtung auf die
stromaufwärtige Seite
der Brenngasströmung
gekrümmt
oder gebogen.
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Das
distale Ende des zweiten Ionenstrom-Meßelements kann gekrümmt oder
gebogen sein.
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Vorzugsweise
ist das distale Ende des zweiten Meßelements in Richtung auf das
Zentrum eines Verbrennungsbereichs gekrümmt oder gebogen.
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Die
Brennervorrichtung kann zum Blasen von Luft zu dem zweiten Ionenstrom-Meßelement ausgebildet
sein. Durch das Aufblasen von Luft auf das zweite Meßelement
wird das zweite Meßelement durch
die Luft gekühlt.
Dadurch wird eine Verformung aufgrund von hoher Temperatur vermieden.
Ferner verhindert um das zweite Meßelement herum befindliche
Luft ein Strömen
eines Ionenstroms zwischen dem ersten und dem zweiten Meßelement.
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Die
Brennervorrichtung kann ferner einen Speicher aufweisen zum Speichern
eines Standardwerts hinsichtlich einer Differenz zwischen Ausgangswerten,
die von dem ersten und dem zweiten Ionenstrom-Meßelement gemessen werden, entsprechend
einem Regelwert der Emissionskonzentration von Kohlenmonoxid.
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Der
Standardwert kann eine vorbestimmte Breite bzw. Spanne aufweisen.
Der Mittelwert der vorbestimmten Breite kann beliebig gewählt werden und
kann der vorstehend genannten Differenz zwischen den Ausgangswerten
entsprechen. Auf der Basis der vorbestimmten Breite kann die Brennervorrichtung
in einfacher Weise eine Beurteilung dahingehend vornhmen, ob der
Verbrennungszustand normal ist oder nicht.
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Die
Brennervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, einen berechneten
Differenzwert mit dem in dem Speicher gespeicherten Standardwert
zu vergleichen.
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Als
Ergebnis des Vergleichs erhöht
die Brennervorrichtung die Luftzufuhr und/oder reduziert die Brenngaszufuhr,
wenn der berechnete Wert höher
ist als der in dem Speicher gespeicherte Standardwert, um dadurch
die Verbrennung der Vorrichtung zu normalisieren. Ferner wird durch
das Einstellen eines Verhältnisses
der Menge der Sekundärluft
zu dem Verhältnis
einer Menge der Primärluft
auf einen höheren
Wert die Verbrennung der Vorrichtung normalisiert.
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Umgekehrt
dazu erfolgt in dem Fall, in dem der in dem Speicher gespeicherte
Standardwert niedriger ist als der berechnete Wert, eine normale Verbrennung.
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Die
Brennervorrichtung kann drei Routen definieren, durch welche die
Luft strömt:
eine erste Route innerhalb des Luftpassagenelements, eine zweite Route
von einem Ort zwischen dem Vormischer und der Brenneröffnungsanordnung
zu dem Verbrennungsbereich, und eine dritte Route, durch die Luft zusammen
mit dem Brenngas strömt,
wobei die erste und die zweite Route zum Zuführen der Sekundärluft ausgebildet
sind und die dritte Route zum Einleiten der Primärluft ausgebildet ist, wobei
die Brennervorrichtung ferner einen Speicher aufweist zum Speichern
eines Standardwerts hinsichtlich einer Differenz zwischen Ausgangswerten,
die von dem ersten und dem zweiten Ionenstrom-Meßelement gemessen werden, entsprechend
einem Regelwert der Emissionskonzentration von Kohlenmonoxid, und wobei
die Brennervorrichtung ferner zum Vergleichen eines berechneten
Differenzwerts mit dem in dem Speicher gespeicherten Standardwert
ausgebildet ist sowie zum Erhöhen
der Zufuhr der durch die erste und die zweite Route strömenden Sekundärluft ausgebildet
ist, wenn der berechnete Wert höher
ist als der in dem Speicher gespeicherte Standardwert.
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Wenn
bei einer solchen Anordnung der berechnete Wert eine anomale Verbrennung
der Brennervorrichtung anzeigt, steigert die Brennervorrichtung
die Zufuhr der die erste und die zweite Route durchströmenden Luft,
um in ausreichender Weise Sauerstoff zuzuführen und dadurch die Verbrennung zu
normalisieren.
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Ein
Vorteil der Brennervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht darin, daß das erste
Ionenstrom-Meßelement
in der Primärflamme angeordnet
ist und das zweite Ionenstrom-Meßelement der Sekundärluft-Zuführungsöffnung benachbart
angeordnet ist, um die Sekundärluft
zu dem zweiten Meßelement
zu blasen.
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Hierbei
durchsetzt das erste Meßelement
die eine hohe Temperatur aufweisende Flammfront mit seinem distalen
Ende, das innerhalb der Primärflamme
angeordnet ist.
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Die
Primärflamme
beinhaltet ein unverbranntes Gasgemisch, so daß die Temperatur niedrig ist. Dadurch
erreicht das erste Meßelement
insgesamt keine extrem hohe Temperatur. Ferner wird das zweite Ionenstrom-Meßelement
durch die Sekundärluft gekühlt. Auf
diese Weise werden weder das erste noch das zweite Ionenstrom-Meßelement
durch hohe Temperaturen verformt, so daß sich eine Anomalie bei der
Verbrennung aufgrund eines Mangels hinsichtlich der Menge der Luft
relativ zu der Menge des Brenngases mit Sicherheit detektieren läßt.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden
anhand der zeichnerischen Darstellungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
noch näher
erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
im Schnitt dargestellte Perspektivansicht zur schematischen Erläuterung
einer Konfiguration einer Brennervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Perspektivansicht einer Brennervorrichtung in einer praktischen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
Draufsicht auf eine Vielzahl von Brennervorrichtungen gemäß der 2,
die in einem Gehäuse
untergebracht sind;
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4 eine
Schnittdarstellung im wesentlichen entlang der Linie IV-IV der 3;
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5 eine
Schnittdarstellung der Brennervorrichtung gemäß 2;
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6 eine
auseinandergezogene Perspektivansicht der Brennervorrichtung gemäß 2;
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7 eine
Schnittdarstellung eines Luftpassagenelements des vorliegenden Ausführungsbeispiels;
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8 eine
im Schnitt dargestellte Perspektivansicht einer Brennervorrichtung,
die mit anderen Ionenstrom-Meßelementen
ausgebildet ist, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung
verwendbar sind;
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9 eine
graphische Darstellung zur Erläuterung
einer Beziehung zwischen Ausgangswerten eines ersten und eines zweiten
Ionenstrom-Meßelements
und einer Menge an Kohlenmonoxid CO;
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10 eine
Darstellung eines Steuersystems zum Steuern einer Luftmenge und
einer Brenngasmenge;
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11 eine
Flußdiagramm
zum Auswerten des Verbrennungszustands einer Brennervorrichtung;
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12 eine
im Schnitt dargestellte Perspektivansicht einer modifizierten Brennervorrichtung,
bei der sich das zweite Ionenstrom-Meßelement an einer anderen Stelle
als in den 1 und 8 befindet;
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13 ein
Flußdiagramm
zum Beurteilen des Verbrennungszustands einer Brennervorrichtung,
die eine Blaswert-Begrenzung beinhaltet; und
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14 eine
im Schnitt dargestellte Perspektivansicht zur schematischen Erläuterung
einer Konstruktion einer modifizierten Brennervorrichtung, bei der
sich das zweite Ionenstrom-Meßelement
an einer anderen Stelle als in den 1 und 8 befindet und
das erste Ionenstrom-Meßelement
sich von dem Meßelement
gemäß den 1 und 12 der
vorliegenden Erfindung unterscheidet.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen
ausführlich
beschrieben. Als erstes werden im Umriß die Konfiguration und die grundlegenden
Funktionen einer Brennervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung der 1 beschrieben. 1 zeigt
eine im Schnitt dargestellte Perspektivansicht zur schematischen
Erläuterung
einer Konfiguration einer Brennervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In
der nachfolgenden Beschreibung basiert die vertikale positionsmäßige Beziehung
auf einer Brennervorrichtung 1, die aufrecht angeordnet
ist und eine Flamme in ihrem oberen Bereich erzeugt. Die Begriffe "strömungsaufwärts" und "strömungsabwärts" basieren auf der
Luft- oder Brenngasströmung.
Eine "Breitenrichtung" bezeichnet eine
laterale Richtung (Richtung eines Pfeils "W" in
der Zeichnung), wobei ein die maxi male Fläche aufweisender Bereich der
Brennervorrichtung 1 nach vorn weisend angeordnet ist.
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Die
Brennervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann unter Vereinigung von mehr als einer Vorrichtung, die in einem
Gehäuse
untergebracht sind, oder allein verwendet werden. Die Brennervorrichtung 1 beinhaltet
einen Vormischer 2, eine Brenneröffnungsanordnung 3 sowie zwei
Luftpassagenelemente 5. In der Brennervorrichtung 1 sind
der Vormischer 2 und die Brenneröffnungsanordnung 3 in
miteinander gekoppelter Weise vorgesehen, um ein zwischengeordnetes
Element 6 zu bilden, das zwischen den beiden Luftpassagenelementen 5 angeordnet
ist.
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Im
tatsächlichen
Gebrauch sind jedoch eine Vielzahl von Luftpassagenelementen 5 und
eine Vielzahl von zwischengeordneten Elementen 6 unter
Bildung einer planaren Formgebung in einander abwechselnder Weise
angeordnet, und zwar in einer Reihenfolge wie zum Beispiel Luftpassagenelement 5,
zwischengeordnetes Element 6, Luftpassagenelement 5,
zwischengeordnetes Element 6, Luftpassagenelement 5 usw.
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Der
Vormischer 2, der eine Komponente der Brennervorrichtung 1 bildet,
dient zum Vormischen von Brenngas und Luft in diesem. Der Vormischer 2 beinhaltet
einen Mischbereich mit einer gekrümmten Passage sowie einen Öffnungsreihenbereich 10,
der in einer Reihe angeordnete Öffnungen 8 aufweist. Der Öffnungsreihenbereich 10 besitzt
einen Hohlraum mit im Querschnitt im wesentlichen rechteckiger Formgebung,
der gerade und in Längsrichtung verläuft.
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7 zeigt
eine Schnittdarstellung des Luftpassagenelements 5 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
zur Erläuterung
der Luftströmung
in diesem. Das Luftpassagenelement 5 hat im allgemeinen die
Formgebung einer dünnen
Wand. Das Luftpassagenelement 5 ist gebildet durch eine
erste Oberfläche 11 und
eine zweite Oberfläche 12,
die jeweils aus dünnem
Plattenmaterial derart ausgebildet sind, daß die erste und die zweite
Oberfläche 11, 12 unter
Bildung eines engen Spalts dazwischen miteinander verbunden sind,
so daß drei
Seiten mit Ausnahme der Bodenseite verbunden sind und dadurch ein Hohlraum
gebildet wird, der in seinem Inneren eine Luftpassage 13 bildet.
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Insbesondere
werden die erste Oberfläche oder
vordere Platte 11 und die zweite Oberfläche oder hintere Platte 12 durch
Falten einer einstückigen Platte
gebildet. Das distale Ende, an dem sich die vordere Platte und die
hintere Platte treffen, weist einen spitzwinklig gekrümmten Bereich 14 auf,
wobei der gekrümmte
Bereich 14 einen oberen Bereich 9 bildet, der
sich jeweils in einer rippenartigen Linie erstreckt.
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Das
proximale Ende des Luftpassagenelements 5 ist zwischen
den Platten der ersten und der zweiten Oberfläche bzw. der vorderen und der
hinteren Platte 11 und 12 geöffnet und bildet einen Lufteinlaß 15.
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In
dem Luftpassagenelement 5 sind Öffnungen für den Austritt von Luft in
drei Bereichen ausgebildet. Wenn eine Vielzahl von Brennervorrichtungen 1 in
der vorstehend beschriebenen Weise parallel angeordnet ist, sind
die Luftpassagenelemente 5 und die zwischengeordneten Elemente 6 zur
Bildung einer planaren Formgebung in einander abwechselnder Weise
angeordnet. Dabei ist die gleiche Anzahl von Öffnungen in den gleichen Bereichen
der ersten und der zweiten Oberfläche 11 und 12 jedes
Luftpassagenelements 5 ausgebildet.
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Grob
gesagt, es befinden sich die Öffnungen für den Luftaustritt
an dem distalen Ende, an einer Stelle, die einem ersten Verbrennungsbereich 46 zugewandt
ist, sowie an einer Stelle, die dem zwischengeordneten Element 6 zugewandt
ist.
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Insbesondere
verlaufen die Platten der ersten Oberfläche (vordere Platte) 11 und
der zweiten Oberfläche
(hintere Platte) 12 des Luftpassagenelements 5 größtenteils
parallel zueinander, wobei sie jedoch an ihren distalen Enden abgewinkelt
sind und schräg
verlaufende Flächen 16 und 17 an
der ersten bzw. zweiten Oberfläche
bilden. Die schräg
verlaufenden Flächen 16 und 17 weisen
jeweils distale Öffnungen
(Sekundärluft-Zuführungsöffnungen) 20 auf. Ferner
sind distale Öffnungen
(Sekundärluft-Zuführungsöffnungen) 21 in
einem Bereich an der Spitze bzw. dem äußeren Ende (Rippenlinie) ausgebildet.
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Die
distalen Öffnungen 20 und 21 sind
zum Zuführen
von Sekundärluft 67 zu
einer Sekundärflamme 68 angeordnet.
In 1 ist die Sekundärflamme 68 aufgrund
von Platzeinschränkungen
von der Spitze des Luftpassagenelements 5 nach innen hin
gezeichnet, erstreckt sich jedoch in Wirklichkeit von der Spitze
des Luftpassagenelements 5 nach außen bzw. in 1 in
Richtung nach oben.
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Die
erste und die zweite Oberfläche 11 und 12 des
Luftpassagenelements 5, wie diese in 1 gezeigt
sind, weisen die Luftpassage 13 in einer derartigen Ausbildung
auf, daß diese
an dem distalen Ende schmaler ist als an dem proximalen Ende, sowie
Stufen an Positionen aufweisen, die dem proximalen Ende des ersten
Verbrennungsbereichs 46 entsprechen, wobei diese Stufen
ebenfalls schräg verlaufende
Flächen 22 bilden.
Luftaustrittsöffnungen 23 (die
auch als Luftzuführungsöffnungen
oder Sekundärluft-Zuführungsöffnungen
bezeichnet werden), die einem Verbrennungsbereich zugewandt sind,
sind in jeder dieser Stufen ausgebildet. Die Luftaustrittsöffnungen 23 sind
dazu ausgebildet, Sekundärluft
zu einer Primärflamme 24 des
ersten Verbrennungsbereichs 46 zuzuführen, um einen Teil der Primärflamme 24 zu
verbrennen und dadurch eine Sekundärflamme 68 innerhalb
eines Teils des ersten Verbrennungsbereichs 46 zu erzeugen.
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Ferner
sind Luftaustrittsöffnungen
bzw. strömungsaufwärtige Luftaustrittsöffnungen 48 an
einer dem zwischengeordneten Element 6 zugewandten Stelle
der ersten und der zweiten Oberfläche 11 und 12 des
Luftpassagenelements 5 ausgebildet, durch die Luft auf
jede Seite der Brenneröffnungsanordnung 3 zugeführt wird,
um eine Stabilisierung der Flamme zu erzielen.
-
Die
Brenneröffnungsanordnung 3 ist
in erster Linie gebildet durch einen Hauptkörper 25 und Dekompressionswände 26.
Der Hauptkörper 25 der Brenneröffnungsanordnung 3 ist
durch Biegen eines Metallplattenstücks gebildet. Der Hauptkörper 25 hat eine
Oberseite 30, die die Funktion einer Brenneröffnung hat,
und drei Seitenwände 31 und 32,
die mit der Oberseite 30 in Verbindung stehen und im wesentlichen
in einem Winkel von 90° in
bezug auf die Oberseite 30 gebogen sind.
-
Die
rechte und die linke Seite der Brenneröffnungsanordnung 3 sind
geschlossen, wobei nur eine in der Zeichnung am Boden befindliche
Seite geöffnet
ist. Die Oberseite 30 der Brenneröffnungsanordnung 3 oder
des Hauptkörpers 25 besitzt
eine längliche
Formgebung mit im Querschnitt A-förmiger Ausbildung und weist
Schlitze in einer regelmäßigen Anordnung
auf. Die Schlitze bilden Brenneröffnungen 33.
Die Brenneröffnungen 33,
die in dem Hauptkörper 25 bzw.
in der Oberseite 30 ausgebildet sind, wirken als "zentrale Öffnungen".
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Die
Seitenwände 31 und 32 weisen
in ihrem mittleren Bereich jeweils einen nach außen (in Richtung der Dicke)
vorspringenden Bereich 34 auf. Der vorspringende Bereich 34 ist über die
gesamte Breite der Brenneröffnungsanordnung 3 ausgebildet.
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Offene
Enden der Seitenwände 31 und 32 sind
zweimal unter einem Winkel von 90° umgebogen,
wie dies in 1 gezeigt ist, so daß sie außen jeweils
eine Rinne oder einen Kanal 38 für Eingriffszwecke bilden. Die
Rinnen 38 weisen Bodenwände 36 und
Außenwände 37 auf,
wobei die Bodenwände 36 zu
den jeweiligen Seitenwänden 31 und 32 rechtwinklig
sind und die Außenwände 37 zu
den jeweiligen Seitenwänden 31 und 32 parallel
sind.
-
Die
Dekompressionswände 26 sind
an dem Hauptkörper 25 angebracht,
wie dieser vorstehend beschrieben worden ist. Die Dekompressionswände 26 sind
an den jeweiligen Seitenwänden 31 und 32 des
Hauptkörpers 25 angebracht,
wobei Spalte 29 zwischen den jeweiligen Seitenwänden 31 und 32 des
Hauptkörpers 25 gebildet
sind. Die Spalte 29 sind in der Zeichnung oben jeweils
offen. Diese Öffnung
hat die Funktion einer seitlichen Öffnung 27.
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Öffnungen 35 sind
in den Seitenwänden 31 und 32 an
den Dekompressionswänden 26 zugewandt
gegenüberliegenden
Stellen ausgebildet. Die Spalte 29 stehen über die Öffnungen 35 mit
einem Innenraum des Hauptkörpers 25 in
Verbindung.
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Im
folgenden wird die Relation zwischen den Komponenten beschrieben.
-
6 zeigt
eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Brennervorrichtung 1.
Wie unter Bezugnahme auf 6 ersichtlich, sind bei der
Brennervorrichtung 1 der Vormischer 2 und die
Brenneröffnungsanordnung 3 zwischen
den beiden Luftpassagenelementen 5 angeordnet.
-
Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie
es in 1 gezeigt ist, sind der Vormischer 2 und die
Brenneröffnungsanordnung 3 in
miteinander gekoppelter Weise vorgesehen, so daß sie das zwischengeordnete
Element 6 bilden. Genauer gesagt, es ist der Öffnungsreihenbereich 10 des
Vormischers 2 zwischen den Seitenwänden 31 und 32 der
Brenneröffnungsanordnung 3 angeordnet.
Bei dem tatsächlichen
Herstellungsvorgang wird der Vormischer 2 von einer Öffnung (unten
in der Zeichnung) her zwischen die Seitenwände 31 und 32 der
Brenneröffnungsanordnung 3 eingesetzt,
um die beiden Elemente miteinander zu verbinden.
-
Die
Seitenwände 31 und 32 und
der Öffnungsreihenbereich 10 stehen
aufgrund ihrer konvexen und konkaven Formgebungen teilweise miteinander
in Berührung,
wobei dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Genauer gesagt,
es ist der Öffnungsreihenbereich 10 über konvexe
und konkave Formgebungen zwischen der Seitenwand 31 und der Seitenwand 32 angeordnet,
wenn der Vormischer 2 und die Brenneröffnungsanordnung 3 zu
einer Einheit vereinigt sind.
-
Wie
vorstehend beschrieben, stehen die Seitenwände 31 und 32 und
der Öffnungsreihenbereich 10 über ihre
konvexen und konkaven Formgebungen teilweise miteinander in Berührung, wobei
sie mit anderen Worten teilweise voneinander entfernt angeordnet
sind. Die Schnittdarstellung der 1 zeigt
einen Schnitt an einer Stelle, an der die Seitenwände 31 und 32 und
der Öffnungsreihenbereich 10 voneinander
entfernt angeordnet sind.
-
Den
vorspringenden Bereichen 34 der Seitenwände 31 und 32 entsprechende
Stellen sind von dem aufgenommenen Öffnungsreihenbereich 10 entfernt
angeordnet. Die vorspringenden Bereiche 34 befinden sich
jeweils gegenüber
einer Reihe von Öffnungen 8 des Öffnungsreihenbereichs 10.
Somit sind die Außenseiten
der Öffnungen 8 des Öffnungsreihenbereichs 10 von
den Seitenwänden 31 und 32 entfernt
angeordnet, um dadurch Räume
(Mischräume) 39 zu
bilden, die breiter sind als die übrigen Bereiche. Die Räume 39 sind
allen Öffnungen 8 gegenüberliegend
ausgebildet.
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Ein
relativ großer
Raum 47 ist zwischen den Seitenwänden 31 und 32 sowie
zwischen der Oberseite des Öffnungsreihenbereichs 10 und
der Oberseite 30 der Brenneröffnungsanordnung 3 gebildet. Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
bilden die Mischräume 39 und
der Raum 47 strömungsabwärts von
dem Öffnungsreihenbereich 10 eine
strömungsaufwärtige Brenneröffnungspassage 49.
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Die
Luftpassagenelemente 5 sind beidseits des zwischengeordneten
Elements 6 angebracht. Jedes der Luftpassagenelemente 5 ist
mit dem zwischengeordneten Element 6 verbunden, indem der Lufteinlaß 15 an
dem proximalen Ende von diesem mit der Rinne 38 der Brenneröffnungsanordnung 33 in
Eingriff gebracht ist. Genauer gesagt, es wird die Außenwand 37 der
Rinne 38 in den Lufteinlaß 15 eingeführt, und
das Ende bzw. die in der Zeichnung untere Kante des Luftpassagenelements 5 wird
in die Rinne 38 eingesetzt, so daß das Luftpassagenelement 5 mit
der Bodenwand 36 der Rinne 38 in Kontakt gebracht
ist.
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Das
Luftpassagenelement 5 und das zwischengeordnete Element 6 (bzw.
die Brenneröffnungsanordnung 3)
stehen durch die konvexen und konkaven Formgebungen teilweise miteinander
in Berührung,
so daß die
beiden Elemente zu einer Einheit vereinigt sind. Die beiden Elemente
stehen in der soeben beschriebenen Weise teilweise mitein ander in
Berührung,
so daß sie
mit anderen Worten teilweise voneinander entfernt sind.
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Die
Schnittdarstellung der 1 zeigt eine Stelle, an der
das Luftpassagenelement 5 und das zwischengeordnete Element 6 (Brenneröffnungsanordnung 3)
voneinander entfernt angeordnet sind, um dadurch das Verständnis der
Funktionen von diesem zu vereinfachen. An einem strömungsaufwärtigen Ende
(am unteren Rand in der Zeichnung) der Brennervorrichtung 1 ist
jedoch ein Raum 40 zwischen dem Luftpassagenelement 5 und
dem zwischengeordneten Element 6 durch die Bodenwand 36 der
Rinne 38 verschlossen. Der Raum 40 steht somit
an dem proximalen Ende nicht in direkter Verbindung mit der äußeren Umgebung.
-
Die
Brenneröffnungsanordnung 3 ist
in der vorstehend beschriebenen Weise zwischen den beiden Luftpassagenelementen 5 angeordnet,
wobei die Oberseite 30 der Anordnung 3 in bezug
auf die Zeichnung unterhalb von dem oberen Niveau der Luftpassagenelemente 5 angeordnet
ist, d.h. sozusagen zwischen den Luftpassagenelementen 5 versenkt
ist. Ein Raum vor bzw. strömungsabwärts von
der Oberseite 30 der Anordnung 3 ist somit durch
die Wände der
beiden Luftpassagenelemente 5 unterteilt. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
wirkt ein Raum, der von der Oberseite 30 der Anordnung 3 und
zwei Luftpassagenelementen 5 umgeben ist, als erster Verbrennungsbereich 46.
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Ein
erstes Ionenstrom-Meßelement
(Sonde) 65 und ein zweites Ionenstrom-Meßelement
(Sonde) 66, bei denen es sich um charakteristische Bestandteile
der vorliegenden Erfindung handelt, sind in die vorstehend beschriebene
Brennervorrichtung 1 integriert. Insbesondere ist das erste
Ionenstrom-Meßelement 65 in
Längsrichtung
der Brennervorrichtung 1 innerhalb des ersten Verbrennungsbereichs 46 über der
Brenneröffnungsanordnung 3 vorgesehen
und zwischen zwei einander gegenüberliegenden
Luftpassagenelementen 5 angeordnet, und zwar an einer Stelle,
an der bei der Verbrennung die Primärflamme 24 entstehen
soll.
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Das
zweite Ionenstrom-Meßelement 66 ist angrenzend
an den gekrümmten
Bereich 14 an dem distalen Ende des Luftpassagenelements 5 angeordnet.
Das erste und das zweite Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 sind
dabei an nicht gezeigten Wänden,
die den ersten Verbrennungsbereich 46 unterteilen, an einer
nahen Seite oder einer entfernten Seite der Papierebene befestigt.
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Die
Flamme weist Ionen der verbrennenden Komponenten auf, die elektrisch
leitfähig
sind. Das erste und das zweite Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 nutzen
diese Eigenschaft der Flamme.
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Das
erste Meßelement 65 durchsetzt
hierbei die Flammfront mit seinem distalen Ende, das innerhalb der
Primärflamme 24 angeordnet
ist. Die Primärflamme 24 beinhaltet
ein unverbranntes Gasgemisch, so daß die Temperatur darin niedriger
ist als an der Flammfront. Somit erreicht das erste Meßelement 65 insgesamt
keine extrem hohe Temperatur. Ferner ist das zweite Ionenstrom-Meßelement 66 an einer
Stelle angeordnet, an der die durch die distalen Öffnungen
bzw. Sekundärluft-Zuführungsöffnungen 21 des
gekrümmten
Bereichs 14 zugeführte
bzw. in einem Strahl ausgestoßene
Sekundärluft 67 auftrifft, d.h.
an einer den distalen Öffnungen 21 benachbarten
Stelle. Somit wird das zweite Meßelement 66 von der
Sekundärluft 67 umhüllt, so
daß es
der Sekundärflamme 68 nicht
ausgesetzt ist.
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Die
Sekundärluft 67 begrenzt
einen Temperaturanstieg des zweiten Meßelements 66. Ferner unterbricht
die Sekundärluft 67 eine
durch die Flamme erzeugte elektrische Verbindung des ersten und des
zweiten Meßelements 65 und 66 während einer normalen
Verbrennung. Insbesondere fließt
kein Ionenstrom zwischen dem ersten und dem zweiten Meßelement 65 und 66,
so daß die
Detektion einer anomalen Verbrennung, wenn ein Mangel der Luftmenge gegenüber der
Brenngasmenge auftritt, gewährleistet
ist.
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5 zeigt
eine Schnittdarstellung der Brennervorrichtung der 2. 5 veranschaulicht
einen Zustand, in dem das erste und das zweite Meßelement 65 und 66 in
der vorstehend beschriebenen Weise in der Brennervorrichtung 1 angeordnet
sind.
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Im
folgenden werden Verfahrensweisen zum Beurteilen des Verbrennungszustands
unter Verwendung des ersten und des zweiten Ionenstrom-Meßelements 65 und 66 unter
Bezugnahme auf die 9 bis 11 ausführlich erläutert. 9 zeigt
eine graphische Darstellung zur Erläuterung einer Beziehung von
Ausgangswerten (Mikroampère: μA) des ersten und
des zweiten Ionenstrom-Meßelements 65 und 66 sowie
einer Kohlenmonoxidmenge CO (ppm). 10 zeigt
eine Darstellung eines Steuersystems zum Steuern einer Luftmenge
und einer Brenngasmenge. 11 zeigt
ein Flußdiagramm
zum Beurteilen des Verbrennungszustands einer Brennervorrichtung.
-
Wie
in 9 gezeigt ist, ist ein Regelwert von Kohlenmonoxid-(CO-)Emissionen
derart vorgegeben, daß er
Umweltstandards erfüllt.
Insbesondere entspricht der Regelwert der Emissionen (Schwellenwert)
einem Wert (μA)
der Differenz zwischen Ausgangswerten, die von dem ersten und dem
zweiten Meßelement 65 und 66 gemessen
werden.
-
In 9 werden
während
einer normalen Verbrennung viele Ionen in der Primärflamme 24 durch
die Verbrennung erzeugt, so daß ein
von dem ersten Meßelement 65 gemessener
Ausgangswert (gemessener Ionenstromwert) höher wird. Im Gegensatz dazu
ist der größte Teil
des zweiten Meßelements 66 von
der Sekundärluft 67 umhüllt, und
die Ionenerzeugung um dieses herum ist äußerst gering, so daß ein von
dem zweiten Meßelement 66 gemessener
Ausgangswert viel niedriger wird als der von dem ersten Meßelement 65 gemessene
Ausgangswert, obwohl die Sekundärflamme 68 vorhanden
ist, die in erster Linie für
die Verbrennung von Kohlenmonoxid CO oder Wasserstoff H sorgt.
-
Falls
eine mittels eines Gebläses 41 zugeführte Luftmenge
aus irgendwelchen Gründen
vermindert wird, so wird in dem ersten Verbrennungsbereich 46 die
Emissionsmenge an unverbrannten brennbaren Komponenten höher. Ferner
führt eine Ausdehnung
der Primärflamme 24 dazu,
daß sich
ein größerer Bereich
des ersten Meßelements 65 innerhalb
der von dem unverbrannten Gasgemisch umhüllten Primärflamme 24 befindet,
wobei jedoch die Verbrennungstemperatur nach unten geht und dadurch
eine geringere Ionenkonzentration entsteht, so daß ein von
dem ersten Meßelement 65 gemessener Ausgangswert
auf einen niedrigeren Wert absinkt.
-
Der
von dem zweiten Meßelement 66 gemessene
Ausgangswert wird jedoch höher,
da eine durch Mangel an Luft in der Primärflamme 24 erzeugte
Kohlenmonoxidkomponente CO das zweite Meßelement 66 erreicht.
Ein Differenzwert zwischen den von dem ersten und dem zweiten Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 gemessenen
Ausgangswerten wird somit in dem Maße höher, in dem die mittels des
Gebläses 41 zugeführte Luftmenge
(Luftvolumen) geringer wird.
-
Somit
wird ein berechneter Wert der Differenz D zwischen den beiden Ausgangswerten
entsprechend einem Regelwert X (vgl. 9) der Emissionskonzentration
des Kohlenmonoxids CO vorab durch einen Versuch ermittelt. Der berechnete
Wert wird als Schwellenwert (bzw. als Standardwert hinsichtlich
der Ausgangswerte) in einem Speicher 76 gespeichert, der
in eine in 10 dargestellte Steuervorrichtung 69 integriert
ist.
-
Eine
CPU 74 berechnet dann eine Differenz zwischen den von dem
ersten und dem zweiten Meßelement 65 und 66 gemessenen
Ausgangswerten und vergleicht ferner den berechneten Wert und den in
dem Speicher 76 gespeicherten Schwellenwert.
-
Wenn
der berechnete Wert geringer ist als der Schwellenwert, stellt die
Steuervorrichtung 69 fest, daß die Verbrennung durch die
Brennervorrichtung 1 normal ist. Wenn der berechnete Wert
den Schwellenwert erreicht oder höher als dieser ist, stellt die
Steuervorrichtung 69 fest, daß die Verbrennung durch die
Brennervorrichtung 1 anomal ist. Wenn die Steuervorrichtung 69 feststellt
bzw. zu dem Urteil gelangt, daß die
Verbrennung anomal ist, erhöht
die Steuervorrichtung 69 das Luftblasvolumen des Gebläses 41 oder
vermindert die Brenngasmenge, die von einer in 1 dargestellten
Düse 42 ausgestoßen wird,
und zwar durch Schließen
eines Brenngas-Zuführungsventils 59 oder
eines Brenngas-Proportionalventils 18, um dadurch die Verbrennung
zu normalisieren.
-
Dabei
kann der Schwellenwert eine vorbestimmte Breite "d" aufweisen,
so daß die
Verbrennung dann als Anomalie eingestuft wird, wenn der berechnete
Wert innerhalb eines Schwellenwertbereichs liegt (vgl. 9).
Insbesondere kann die Breite "d" als Breite bzw.
Bereich einer Konzentration von Kohlenmonoxid CO vorgegeben werden,
die geringer ist als ein Regelwert "X",
so daß die
Verbrennung als Anomalie eingestuft wird, bevor der berechnete Wert
den Regelwert "X" erreicht.
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Bei
der Normalisierung der Verbrennung, nachdem die Steuervorrichtung 69 die
Verbrennung als Anomalie eingestuft hat und die vorstehend beschriebenen
Maßnahmen
ergreift, stellt die Steuervorrichtung 69 das Gebläse 41 oder
ein Öffnungsausmaß des Brenngas-Zuführungsventils 59 oder des
Brenngas-Proportionalventils 18 derart ein, daß der berechnete
Wert den Schwellenwert nicht erreichen kann.
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Statt
dessen ist es auch möglich,
die Gesamtmenge der mittels des Gebläses 41 zugeführten Luft
zu steigern oder zu vermindern oder die Luftzuteilung jeweils zu
einer ersten, zweiten und dritten im folgenden beschriebenen Route
zu regulieren. Alternativ hierzu kann auch eine aus der Düse 42 ausgestoßene Brenngasmenge
reguliert werden. Die Steigerung der Aufmerksamkeit von Benutzern
durch solche Maßnahmen,
wie das Aufleuchten einer Alarmleuchte in dem Fall, daß die Steuervorrichtung 69 die
Verbrennung als anomal einstuft, erleichtert dann rasche und angemessene
Gegenmaßnahmen bzw.
Wartungsvorgänge.
-
Im
folgenden wird eine Abfolge von Vorgängen, wie sie vorstehend beschrieben
worden sind, unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der 11 ausführlich erläutert.
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Beim
Betriebsstart der Brennervorrichtung 1 wird als erstes
das Gebläse 41 aktiviert,
und als nächstes
wird Brenngas aus der Düse 42 (vgl. 1) ausgestoßen, um
in dem Vormischer 2 ein Gasgemisch zu erzeugen. Dann wird
das Gasgemisch durch einen Zünder
(vgl. 10) gezündet, woraufhin die vorstehend
beschriebene primäre
und sekundäre
Verbrennung stattfinden.
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Die
Steuervorrichtung 69 berechnet einen Berechnungswert (Differenz
zwischen den beiden Ausgangswerten) aus den von dem ersten und dem zweiten
Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 gemessenen
Ausgangswerten, um den berechneten Wert dann mit einem in dem Speicher 76 gespeicherten Schwellenwert
zu vergleichen. Wenn der berechnete Wert den Schwellenwert oder
den Schwellenwertbereich nicht erreicht, beurteilt die Steuervorrichtung 69 die
Verbrennung als anomale Verbrennung.
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Während des
Betriebs der Brennervorrichtung stellt die Steuervorrichtung 69 dann
in vorbestimmten Zeitintervallen (zum Beispiel einem Intervall von
0,05 bis 3 Sekunden oder vorzugsweise einem Intervall von 0,1 bis
1 Sekunde) fest, ob der berechnete Wert den Schwellenwert erreicht
oder nicht. Wenn der berechnete Wert den Schwellenwert oder den
Schwellenwertbereich erreicht, wird die Verbrennung als anomal eingestuft,
worauf die Steuervorrichtung 69 das Luftblasvolumen mittels
des Gebläses 41 erhöht oder
die Menge an zugeführtem
Brenngas reduziert.
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Ferner
mißt die
Steuervorrichtung 69 die Ionenstromwerte (Ausgangswerte)
unter Verwendung des ersten und des zweiten Meßelements 65 und 66 zum
Berechnen eines Rechenwerts, um dadurch eine Bestätigung für eine Verbesserung
des Verbrennungszustands zu erhalten. Wenn sich der Verbrennungszustand
nicht verbessert, werden diese Vorgänge bis zu einer Verbesserung
des Zustands wiederholt. Nach Verbesserung des Verbrennungszustands
erfolgt die Bestimmung, ob der berechnete Wert bzw. Rechenwert geringer
ist als der Schwellenwert oder nicht, in vorbestimmten Zeitintervallen
und wird beim Stoppen des Betriebs der Brennervorrichtung 1 beendet.
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Bei
einer Steuerung gemäß dem Flußdiagramm
der 11 wird die Differenz (berechneter Wert) zwischen
den Ausgangswerten mit dem Schwellenwert verglichen, und die Vorgänge, wie z.B.
eine Erhöhung
des Luftblasvolumens mittels des Gebläses 41, werden beim Übersteigen
des Schwellenwerts durch den berechneten Wert ausgeführt.
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Im
Fall eines übermäßig gesteigerten
Luftblasvolumens würde
jedoch vorzugsweise das Volumen auf ein geeignetes Ausmaß vermindert.
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Ferner
würde im
Fall einer übermäßig eingeschränkten Brenngaszufuhr
die Gaszufuhr vorzugsweise auf eine geeignete Menge erhöht.
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Wie
in dem Flußdiagramm
der 13 zu sehen ist, kann zum Beispiel ein zweiter
Schwellenwert gesetzt werden, um das Luftblasvolumen durch das Gebläse 41 zu
reduzieren oder die Brenngas-Zufuhr zu erhöhen, wenn der berechnete Wert
unter dem zweiten Schwellenwert liegt.
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Bei 13 handelt
es sich um ein Flußdiagramm
zum Beurteilen des Verbrennungszustands einer Brennervorrichtung,
die eine Begrenzung eines Blaswertes beinhaltet.
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Falls
die von dem ersten und dem zweiten Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 gemessenen
Ausgangswerte selbst nach einer Steigerung oder einer Verminderung
des Luftblasvolumens oder der Brenngas-Zufuhr nicht in einen geschätzten geeigneten Bereich
fallen, wird der Brennvorgang vorzugsweise gestoppt.
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Es
ist möglich,
eine Alarmvorrichtung zum Erzeugen irgendeiner Art von Alarm vorzusehen, wenn
die Differenz (Rechenwert) zwischen den von dem ersten und dem zweiten
Meßelement 65 und 66 gemessenen
Ausgangswerten einen Schwellenwert überschreitet.
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Im
folgenden wird eine Funktionsweise der mit diesem ersten und zweiten
Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 ausgestatteten
Brennervorrichtung 1 ausführlich beschrieben.
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Eine
Anzahl von Brennervorrichtungen 1 ist nebeneinander in
einem Gehäuse 54 angeordnet, wie
es in 3 gezeigt ist, wobei Luft mittels des Gebläses 41 von
der Bodenseite der Anordnung gemäß 1 her
zugeführt
wird. Brenngas wird in die Vorrichtung 1 durch einen Gaseinlaß 43 des
Vormischers 42 mittels der Düse 42 eingeleitet.
-
Als
erstes wird die Luftströmung
beschrieben. Die Luftströmung
ist in 1 mit dünnen
Linien dargestellt.
-
Eine
durch das Gebläse 41 erzeugte
Luftströmung
verläuft
in gerader Weise durch Öffnungen 45 einer
Richtplatte 44, um dann durch das proximale Ende (unteres
Ende in der Zeichnung) der Vorrichtung 1 in die Brennervorrichtung 1 eingeleitet
zu werden.
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Es
gibt drei Routen für
das Einleiten der Luft in die Vorrichtung 1. Die erste
Route verläuft
durch das Innere des Luftpassagenelements 5, wobei die Luft
durch den an dem proximalen Ende des Luftpassagenelements 5 ausgebildeten
Lufteinlaß in
das Luftpassagenelement 5 hineinströmt und nach oben (strömungsabwärts) durch
die Luftpassage 13 des Luftpassagenelements 5 zu
dem distalen Ende strömt.
Der größte Teil
der Luft wird durch die distalen Öffnungen 20, 21 nach
außen
ausgeleitet.
-
Ein
Teil der in dem Luftpassagenelement 5 strömenden Luft
tritt durch die einem Verbrennungsbereich gegenüberliegenden Luftaustrittsöffnungen 23 sowie
durch die strömungsaufwärtigen Luftaustrittsöffnungen 48 aus.
-
Diagonal
nach vorn zu einer Axiallinie der Vorrichtung 1 gerichtete
Luft tritt durch die Luftaustrittsöffnungen 23 der schräg verlaufenden
Flächen 22 aus.
-
Ferner
strömt
die durch die Luftaustrittsöffnungen 48 ausgeleitete
Luft in den Raum 40 zwischen dem Luftpassagenelement 5 und
dem zwischengeordneten Element 6 auf die Seite der Brenneröffnungsanordnung 3.
-
Die
zweite Route verläuft
durch das Innere des zwischengeordneten Elements 6. Das
zwischengeordnete Element 6 hat eine derartige Konfiguration,
daß der Öffnungsreihenbereich 10 des
Vormischers 10 zwischen den Seitenwänden 31 und 32 der Brenneröffnungsanordnung 3 angeordnet
ist. Spalte sind zwischen dem Öffnungsreihenbereich 10 und der
Brenneröffnungsanordnung 3 vorhanden
und an ihrer Bodenseite (strömungsaufwärts) zum
Bilden der Öffnungen 28 geöffnet. Die
Luft tritt durch die Öffnungen 28 ein.
-
Die
durch die Öffnungen 28 eingetretene
Luft tritt durch die Spalte zwischen den Seitenwänden 31 und 32 und
den Öffnungsreihenbereich 10 in
die Mischräume 39 ein
und erreicht den Raum 47 zwischen dem Öffnungsreihenbereich 10 und
der Oberseite 30 der Brenneröffnungsanordnung 3.
Das heißt, die
vorstehend beschriebene Luft strömt
in die strömungsaufwärtige Brenneröffnungspassage 49. Schließlich tritt
die Luft durch die Schlitze, d.h. die Brenneröffnungen 33, in den
ersten Verbrennungsbereich 46 aus. Ein Teil der in den
Raum 47 eingetretenen Luft tritt durch die in den Seitenwänden 31 und 32 des
Hauptkörpers 25 ausgebildeten Öffnungen 35 in
die Spalte 29 zwischen dem Hauptkörper 25 und den Seitenwänden 31 und 32 ein
und wird durch die seitlichen Öffnungen 27 in
den ersten Verbrennungsbereich 46 ausgeleitet.
-
Bei
der dritten Route handelt es sich um eine Route für die Primärluft, die
zusammen mit Brenngas durch den Gaseinlaß 43 des Vormischers 2 eingeleitet
wird. Bei der dritten Route handelt es sich um die gleiche Route
wie die der Strömung
des Brenngases (Gasgemisch), die im folgenden als Brenngasströmung beschrieben
wird. Die Brenngasströmung
ist in 1 in Form von dicker gezeichneten Pfeillinien dargestellt.
-
Brenngas
wird zusammen mit der Primärluft in
den Gaseinlaß 43 des
Vormischers 2 eingeleitet und in dem Mischbereich 7 mit
Luft gemischt, um dann in den Öffnungsreihenbereich 10 zu
strömen. Der Öffnungsreihenbereich 10 weist
eine Anzahl von linear angeordneten Öffnungen 8 auf, so
daß das
in diese eingeleitete Brenngas bzw. Gasgemisch gleichmäßig durch
jede der Öffnungen 8 austritt. Nach
dem Austritt durch die Öffnungen 8 des Öffnungsreihenbereichs 10 tritt
das Brenngas bzw. Gasgemisch in die zwischen den Seitenwänden 31 und 32 der
Brenneröffnungsanordnung 3 und
dem Öffnungsreihenbereich 10 ausgebildeten
Mischräume 39 ein,
um mit der die zweite Route entlangströmenden Luft gemischt zu werden
und dadurch die strömungsaufwärtige Brenneröffnungspassage 49 zu
erreichen.
-
Die
die zweite Route entlangströmende
Luft strömt
in vertikaler Richtung, d.h. von unten nach oben, während das
durch die Öffnungen 8 des Öffnungsreichenbereichs 10 ausgetretene
Brenngas bzw. Gasgemisch in einer Richtung rechtwinklig zu der Luftströmung strömt. Somit
trifft das Brenngas bzw. Gasgemisch in harter Weise auf die Luft
in den Mischräumen 39,
so daß das
Mischen des Brenngases mit der Luft vereinfacht wird. Ferner erstreckt
sich jeder der Mischräume 39 in
Längsrichtung über den gesamten Öffnungsreihenbereich 10,
so daß der Druck
gleichmäßig wird.
-
Nach
der Passage durch die Mischräume 39 wird
das Brenngas bzw. Gasgemisch in den Raum 47 geleitet, wobei
bei diesem Vorgang das Mischen des Brenngases bzw. Gasgemisches
mit der Luft unterstützt
wird. Im Anschluß daran
strömt
das Brenngas in der gleichen Weise wie die Strömung in der strömungsaufwärtigen Brenneröffnungspassage 49 und tritt
in den Raum 47 zwischen dem Öffnungsreihenbereich 10 und
der Oberseite 30 der Brenneröffnungsanordnung 3 ein,
wobei es zum größten Teil durch
die Schlitze bzw. die Brenneröffnungen 33 in den
ersten Verbrennungsbereich 46 austritt. Ein Teil der Luft,
die in den Raum 47 eingetreten ist, tritt durch die in
den Seitenwänden 31 und 32 ausgebildeten Öffnungen 35 in
die Spalte 29 zwischen den Dekompressionswänden 26 und
den Seitenwänden 31 und 32 des
Hauptkörpers 25 ein
und tritt durch die seitlichen Öffnungen 27 in
den ersten Verbrennungsbereich 46 aus.
-
Das
durch die Brenneröffnungen 33 ausgetretene
Brenngas wird mit Luft aus dem Vormischer 2 gemischt und
wird ferner mit Luft gemischt, die durch die zweite Route in den
Mischräumen 39 entlanggeströmt ist,
so daß die
Luftströmung
gleichmäßig gemacht
wird und mit einer gleichmäßigen Rate
durch die Brenneröffnungen 33 austritt.
-
Obwohl
das durch die Brenneröffnungen 33 austretende
Brenngas mit Luft gemischt ist, liegt die Luftmenge unterhalb einer
theoretischen Luftmenge. Dies ist der Grund dafür, daß das durch die Brenneröffnungen 33 ausgeleitete
Brenngas in einem sauerstoffarmen Zustand vorliegt, so daß keine
vollständige
Verbrennung erzielt werden kann.
-
Nach
dem Zünden
erzeugt das Brenngas bzw. Gasgemisch die Primärflamme 24 in dem
ersten Verbrennungsbereich 46, um dadurch eine primäre Verbrennung
auszuführen.
Das Brenngas wird jedoch nicht vollständig verbrannt, da nicht ausreichend
Sauerstoff vorhanden ist, wie dies vorstehend beschrieben worden
ist, so daß eine
große
Menge an unverbrannten brennbaren Bestandteilen entsteht.
-
Die
unverbrannte, verbrennbare Komponente wird durch eine Öffnung des
ersten Verbrennungsbereichs 46 ausgeleitet. Dabei wird
Luft durch das distale Ende bzw. die distalen Öffnungen 20 und 21 des
Luftpassagenelements 5 zu der Außenseite des ersten Verbrennungsbereichs 46 geleitet.
Auf diese Weise führt
die unverbrannte, verbrennbare Komponente bei Zufuhr von Sauerstoff
bzw. der Sekundärluft 67 eine
sekundäre
Verbrennung aus. Mit anderen Worten, es hat ein Bereich außerhalb
von dem ersten Verbrennungsbereich 46 die Funktion eines
sekundären
Verbrennungsbereichs, wobei dieser die Sekundärflamme 68 erzeugt.
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Weiterhin
wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
Luft zu dem proximalen Ende der Primärflamme 24 zugeführt, um
dadurch eine Hilfsflamme an dem proximalen Ende der Primärflamme 24 zu erzeugen.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
Brenngas nicht nur durch die Brenneröffnungen 33, d.h.
die "zentralen Öffnungen" in den primären Verbrennungsbereich 46 abgegeben,
sondern auch durch die seitlichen Öffnungen 27. Die Strömungsrate
des durch die seitlichen Öffnungen 27 abgegebenen
Brenngases ist jedoch langsamer als die des durch die Brenneröffnungen 33 abgegebenen
Brenngases.
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Genauer
gesagt, es tritt das durch die seitlichen Öffnungen 27 abzugebende
Brenngas durch die in den Seitenwänden 31 und 32 ausgebildeten Öffnungen 35 in
die Spalte 29 zwischen den Dekompressionswänden 26 und
den Seitenwänden 31 und 32 des
Hauptkörpers 25 ein
und wird durch die seitlichen Öffnungen 27 in
den ersten Verbrennungsbereich 46 abgegeben.
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Dies
begrenzt die Menge des in die Spalte 29 eintretenden Brenngases.
Infolgedessen ist die durch die seitlichen Öffnungen 27 abgegebene
Menge des Brenngases gering, während
die seitlichen Öffnungen 27 jeweils
einen großen Öffnungsraum aufweisen.
Auf diese Weise hat das durch die seitlichen Öffnungen 27 abgegebene
Brenngas eine geringe Strömungsrate.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird ferner ein Teil der Luft, die durch
das die erste Route bildende Luftpassagenelement 5 hindurchströmt, durch
die strömungsaufwärtigen Luftaustrittsöffnungen 48 in den
Raum 40 zwischen dem Luftpassagenelement 5 und
dem zwischengeordneten Element 6 geleitet und erreicht
somit die Seitenflächen
der Brenneröffnungsanordnung 3.
Die Seitenflächen
der Anordnung 3 sind somit reicher an Sauerstoff als andere Bereiche,
so daß sichergestellt
ist, daß durch
die seitlichen Öffnungen 27 austretendes
Brenngas beim Empfang der Luftzufuhr einen relativ stabilen Brennvorgang
ausführt.
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Zusammen
mit einer niedrigen Strömungsrate
des Brenngases, wie dies vorstehend beschrieben worden ist, wird
in der Nähe
der seitlichen Öffnungen 27 eine
stabile Hilfsflamme erzeugt. Das proximale Ende der Primärflamme 24 wird
durch die in der Nähe
der seitlichen Öffnungen 27 erzeugte
kleine Flamme gehalten.
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Darüber hinaus
wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
die Sekundärflamme 68 durch
die Luft stabilisiert, die durch die dem Verbrennungsbereich zugewandten
Luftaustrittsöffnungen 23 ausgetreten
ist. Insbesondere befinden sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die schräg
verlaufenden Flächen 22 an
der ersten und der zweiten Oberfläche 11 und 12 und
Luftpassagenelements 5 sowie an einer Stelle, die den proximalen
Enden des ersten Verbrennungsbereichs 46 entspricht. Die
Luftaustrittsöffnungen 23 sind
in den schräg
verlaufenden Flächen 22 ausgebildet,
so daß die
Luft diagonal zu einer Luftrichtung von dem proximalen Ende des
ersten Verbrennungsbereichs 46 zugeführt wird.
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Die
zugeführte
Luft wird somit dem ersten Verbrennungsbereich 46 ohne
Behinderung der Primärflamme 24 oder
der Strömung
des unverbrannten Gases zugeführt.
Infolgedessen beginnt der Teil des unverbrannten Gases innerhalb
des ersten Verbrennungsbereichs 46 die Verbrennung und
erzeugt teilweise eine Sekundärflamme,
die in die externe Sekundärflamme 68 übergeht,
um dadurch die außen erzeugte
Sekundärflamme 68 zu
stabilisieren.
-
Ferner
sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Luftaustrittsöffnungen 23 diagonal geöffnet, so
daß die
durch die Luftaustrittsöffnungen 23 austretende
Luft die Primärflamme 24 oder
die Strömung
des unverbrannten Gases nicht behindert, wie dies vorstehend bereits
beschrieben worden ist. Infolgedessen wird die Sekundärflamme 68 in
stabiler Weise in einer Distanz von dem Luftpassagenelement 5 erzeugt,
so daß es
zu keiner exzessiven Erwärmung
des Luftpassagenelements 5 kommt.
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Die
Brennervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
stabilisiert somit sowohl die Primärflamme 24 als auch
die Sekundärflamme 68 und
ist ferner praktisch.
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Das
erste und das zweite Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 sind
dazu ausgebildet, in eine zweistufige Brennervorrichtung integriert
zu werden, die zum Ausführen
einer primären
Verbrennung in einem sauerstoffarmen Zustand sowie einer sekundären Verbrennung
bei weiterer Zufuhr von Sekundärluft ausgebildet
ist.
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Im
folgenden wird ein noch praktischeres Konfigurationsbeispiel der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ab 2 beschrieben. 2 zeigt
eine Perspektivansicht einer Brennervorrichtung bei einer praktischen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine
Draufsicht auf die Vielzahl der Brennervorrichtungen gemäß 2,
die in einem Gehäuse
untergebracht sind. 4 zeigt eine Schnittdarstellung
im wesentlichen entlang der Linie IV-IV gemäß 3. Das im
folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel ist
zur praktischen Ausführung
der vorliegenden Erfindung ausgebildet und hat die derzeit am meisten bevorzugte
Konfiguration.
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Eine
solche Brennervorrichtung, wie sie in den Zeichnungen ab 2 dargestellt
ist, hat die gleiche grundlegende Konfiguration und die gleiche grundlegende
Funktion wie die vorstehend beschriebene Ausführungsform, ist jedoch für die Ausführung in
der Praxis im Detail ausgebildet. Diejenigen Komponenten, die die
gleichen Funktionen wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei Beschreibungen
von in der gleichen Weise vorhandenen Funktionen vereinfacht dargestellt
sind.
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Eine
Vielzahl von Brennervorrichtungen 1, wie sie in 2 dargestellt
sind, ist parallel in einem Gehäuse 54 untergebracht,
wie dies in den 3 und 4 gezeigt
ist. Jede Brennervorrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
umfaßt
ebenfalls einen Vormischer 2, eine Brenneröffnungsanordnung 3 sowie
Luftpassagenelemente 5. Der Vormischer 2 und die
Brenneröffnungsanordnung 3 sind
in miteinander gekoppelter Weise vorgesehen, um ein zwischengeordnetes
Element 6 zu bilden, das zwischen den beiden Luftpassagenelementen 5 angeordnet ist.
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Jedes
Luftpassagenelement 5 weist Öffnungen für den Austritt von Luft in
drei Bereichen auf. Grob gesagt handelt es sich bei diesen Bereichen
um das distale Ende, eine dem ersten Verbrennungsbereich 46 zugewandt
gegenüberliegende
Stelle sowie eine dem zwischengeordneten Element 6 zugewandt gegenüberliegende
Stelle.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Brennervorrichtung werden Brenngas
und Luft in geeigneter und idealer Weise verteilt, um dadurch für eine stabile
Erzeugung der Primärflamme 24 und
der Sekundärflamme 68 zu
sorgen. Wenn jedoch das Gebläse 41 ausfällt und
das Luftblasvolumen möglicherweise vermindert
wird, kann sich möglicherweise
das Verhältnis
(Äquivalenzverhältnis) einer
Brenngasmenge und einer Luftmenge (Sauerstoffmenge) verändern, so
daß es
zu einer Verschlechterung des Verbrennungszustands kommt.
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Gemäß der Brennervorrichtung 1 der
vorliegenden Erfindung wird jedoch eine Anomalie bei dem Verbrennungszustand
in sicherer Weise durch die Ionenstromwerte (Ausgangswerte) festgestellt,
die von dem ersten und dem zweiten Ionenstrom-Meßelement 65 und 66 gemessen
werden. Der Sauerstoff-Partialdruck in der Luft ist vermindert,
d.h. der Sauerstoff wird reduziert, wenn die Brennervorrichtung 1 in
einer geschlossenen Kammer läuft,
wobei jedoch selbst in diesem Fall die Brennervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Anomalie eines Verbrennungszustands in unmittelbarer
Weise feststellt.
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Unmittelbar
nach der Feststellung einer Anomalie erhöht somit die Steuervorrichtung 69 das
Luftblasvolumen durch das Gebläse 41,
oder sie vermindert ein Öffnungsausmaß des Brenngas-Proportionalventils 18 oder
des Brenngas-Zuführungsventils 59,
um die Brenngasmenge zu reduzieren und auf diese Weise die Verbrennung
zu normalisieren.
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Das
erste und das zweite Ionenstrom-Meßelement 65 und 66,
die in der vorstehend beschriebenen Brennervorrichtung vorgesehen
sind, können
an ihrem distalen Ende gekrümmt
oder gebogen sein, wie dies in 8 gezeigt
ist, anstatt eine gerade Formgebung aufzuweisen. 8 zeigt
eine im Schnitt dargestellte Perspektivansicht einer Brennervorrichtung,
die mit anderen Ionenstrom-Meßelementen
als in 1 ausgestattet ist. Das gekrümmte oder gebogene distale
Ende detektiert den Verbrennungszustand der Primärflamme 24 oder der
Sekundärflamme 68 in
sichererer Weise.
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Zum
Beispiel ist ein gekrümmtes
oder gebogenes distales Ende 65a des ersten Ionenstrom-Meßelements
in Richtung auf die Schlitze bzw. Brenneröffnungen 33, d.h.
nach unten oder strömungsaufwärts orientiert,
und ein gekrümmtes
oder gebogenes distales Ende 66a des zweiten Ionenstrom-Meßelements 66 ist
in Richtung auf das Zentrum des ersten Verbrennungsbereichs 46 (d.h.
in Richtung auf den Bereich, in dem die Primärflamme 24 oder die Sekundärflamme 68 gebildet
wird) sowie leicht strömungsaufwärts orientiert.
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Wenn
die Primärflamme 24 aufgrund
eines Luftmangels nach oben kommt, gewährleistet das gekrümmte oder
gebogene distale Ende 66a des zweiten Meßelements 66 selbst
dann die Detektion des Hochkommens der Primärflamme 24, wenn das Ausmaß der Verbrennung
gering ist und die Primärflamme 24 klein
ist. Das distale Ende 66a des zweiten Meßelements 66,
das in bezug auf die Horizontale nach unten gekrümmt ist, übt den vorstehend genannten
Effekt in stärkerer
Weise aus als ein horizontal in Richtung auf das Zentrum der Primärflamme 24 gekrümmtes Ende,
da ein über
die Horizontale gekrümmtes
Ende den vorstehend genannten Effekt abschwächt.
-
Ein
unterhalb der Horizontalen gekrümmtes distales
Ende 66 verkürzt
jedoch die Distanz zwischen dem distalen Ende 66a und den
Sekundärluft-Zuführungsöffnungen.
In Anbetracht einer solchen Möglichkeit,
daß bei
einem nach unten hängenden
distalen Ende 66a aufgrund einer anomalen Verbrennung eine
hohe Temperatur des zweiten Meßelements 66 vorhanden
ist, ist es bevorzugt, das distale Ende 66a in der Horizontalen
in Richtung auf das Zentrum der Primärflamme 24 zu krümmen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist das zweite Ionenstrom-Meßelement 66 in
der Nähe
der sekundären
Luftstrahl-Austrittsöffnungen bzw.
den distalen Öffnungen 20, 21, 63 und 64 an dem
distalen Ende des Luftpassagenelements 5 angeordnet, wobei
es in der in 12 gezeigten Weise jedoch auch
den einem Verbrennungsbereich zugewandt gegenüberliegenden Luftaustrittsöffnungen 23 benachbart
angeordnet sein kann.
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12 zeigt
eine im Schnitt dargestellte Perspektivansicht einer modifizierten
Brennervorrichtung, bei der sich das zweite Ionenstrom-Meßelement
an einer anderen Stelle als in den 1 und 8 befindet.
Durch die Anordnung in der Nähe
der Luftaustrittsöffnungen 23 wird
das zweite Ionenstrom-Meßelement 66 in
die Sekundärluft
eingehüllt, die
von den Luftaustrittsöffnungen 23 zugeführt wird, und
ist der Flamme nicht ausgesetzt, so daß ein übermäßiger Temperaturanstieg des
zweiten Meßelements 66 vermieden
wird. Dadurch wird eine durch hohe Temperatur verursachte Verformung
des zweiten Meßelements 66 vermieden.
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Von
den Luftaustrittsöffnungen 23 zugeführte und
zu dem zweiten Meßelement 66 geblasene Sekundärluft 67a verhindert
ferner eine Annäherung von
Ionen in der Flamme an das Meßelement 66 und verhindert
ferner ein elektrisches Leiten zwischen dem ersten und dem zweiten
Meßelement 65 und 66 trotz
deren enger Anordnung in vertikaler Richtung, so daß die Detektion
eines Mangels an Luft gewährleistet
ist. Eine anomale Verbrennung der Brennervorrichtung 1 wird
somit exakt festgestellt.
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14 zeigt
eine im Schnitt dargestellte Perspektivansicht zur schematischen
Erläuterung
einer Konstruktion einer modifizierten Brennervorrichtung, bei der
sich das zweite Ionenstrom-Meßelement
an einer anderen Stelle als in 1 und 8 befindet und
sich das erste Ionenstrom-Meßelement
von dem der 1 und 12 unterscheidet.
Bei der in 14 dargestellten Brennervorrichtung 1 ist
das zweite Meßelement 66 den
dem Verbrennungsbereich zugewandt gegenüberliegenden Luftaustrittsöffnungen
bzw. Sekundärluft-Zuführungsöffnungen 23 benachbart
angeordnet, wobei die Konfiguration mit Ausnahme des Meßelements 66 die
gleiche ist wie bei der in 1 gezeigten
Brennervorrichtung 1. Bei dem in 14 gezeigten
Beispiel ist das distale Ende des ersten Meßelements 65 nach
unten gekrümmt
oder gebogen, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel öffnen sich die Luftaustrittsöffnungen 23 in einer schrägen Richtung,
so daß in
der vorstehend beschriebenen Weise die Sekun därluft 67a die Primärflamme 24 oder
die Strömung
des unverbrannten Gases nicht unterbricht und dadurch die Sekundärflamme 68 an
einer von dem Luftpassagenelement 5 abgelegenen Stelle
erzeugt wird, so daß dieses
nicht übermäßig erwärmt wird.
-
Ferner
wird die Sekundärluft 67a zu
dem zweiten Meßelement 66 hin
geblasen, so daß dieses gekühlt wird.
-
Auf
diese Weise stabilisiert die Brennervorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
die Primärflamme 24 und
die Sekundärflamme 68,
wobei sie ferner den Verbrennungszustand in sicherer Weise detektiert
und praktisch ist.
-
Die
Brennervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist somit für
die Anwendung bei einem mit Erwärmung
arbeitenden Gerät,
wie zum Beispiel einem Warmwasserbereiter oder einem Heißwasserbereiter,
besonders gut geeignet.
-
- 1
- Brennervorrichtung
- 2
- Vormischer
- 3
- Brenneröffnungsanordnung
- 4
- Zünder
- 5
- Luftpassagenelemente
- 6
- zwischengeordnetes
Element
- 7
- Mischbereich
- 8
- Öffnungen
- 9
- oberer
Bereich
- 10
- Öffnungsreihenbereich
- 11,
12
- Oberflächen der
Luftpassagenelemente
- 13
- Luftpassage
- 14
- gekrümmter Bereich
- 15
- Lufteinlaß
- 16,
17
- schräg verlaufende
Flächen
- 18
- Brenngasproportionalventil
- 20,
21
- distale Öffnungen
(Sekundärluft-Zuführungsöffnungen)
- 22
- schräg verlaufende
Flächen
- 23
- Luftaustrittsöffnungen
- 24
- Primärflamme
- 25
- Hauptkörper von 3
- 26
- Dekompressionswände
- 27
- seitliche Öffnung
- 29
- Spalt
- 30
- Oberseite
- 31,
32
- Seitenwände
- 33
- Brenneröffnungen
- 34
- vorspringender
Bereich
- 35
- Öffnungen
- 36
- Bodenwand
- 37
- Außenwand
- 38
- Rinne
- 39
- Mischräume
- 40
- Raum
- 41
- Gebläse
- 42
- Düse
- 43
- Gaseinlaß
- 44
- Richtplatte
- 45
- Öffnungen
- 46
- erster
Verbrennungsbereich
- 47
- Raum
- 48
- Luftaustrittsöffnungen
- 49
- strömungsaufwärtige Brenneröffnungspassage
- 54
- Gehäuse
- 59
- Brenngas-Zuführungsventil
- 63,
64
- Sekundärluft-Zuführungsöffnungen
- 65
- erstes
Ionenstrom-Meßelement
- 65a
- distales
Ende
- 66
- zweites
Ionenstrom-Meßelement
- 66a
- distales
Ende
- 67,
67a
- Sekundärluft
- 68
- Sekundärflamme
- 69
- Steuervorrichtung
- 74
- CPU
- 76
- Speicher