DE102021116212A1 - Heater, method for its operation and use of a particle separation device - Google Patents
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Abstract
Heizgerät (1), zumindest umfassend einen Brenner (2) mit einer Verbrennungsluftzufuhr (3) und einer Brennstoffzufuhr (4), dadurch gekennzeichnet, dass einer Verbrennungsluftzufuhr (3) mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung (5) zugeordnet ist, welche Partikel aus einer Strömung der Verbrennungsluft entfernen kann. Weiterhin werden ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes (1) und eine Verwendung einer Partikelabscheidevorrichtung (5) vorgeschlagen.Heating device (1), at least comprising a burner (2) with a combustion air supply (3) and a fuel supply (4), characterized in that a combustion air supply (3) is assigned at least one particle separator (5), which particles from a flow of combustion air can remove. Furthermore, a method for operating a heating device (1) and the use of a particle separation device (5) are proposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizgerät, zumindest umfassend einen Brenner mit einer Verbrennungsluftzufuhr und einer Brennstoffzufuhr. Insbesondere betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennwertheizgeräte. Weiter wird ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes vorgeschlagen, sowie eine vorteilhafte Verwendung einer Partikelabscheidevorrichtung bei einem Heizgerät.The present invention relates to a heating device, at least comprising a burner with a combustion air supply and a fuel supply. In particular, the invention relates to the field of condensing heaters. Furthermore, a method for operating a heater is proposed, as well as an advantageous use of a particle separation device in a heater.
Brennwertheizgeräte dienen insbesondere der Warmwasserheizung, wobei die bei der Verbrennung erzeugte Energie nahezu vollständig umgesetzt wird. So wird insbesondere das bei der Verbrennung entstehende Abgas weitestgehend abgekühlt und durch einen Kondensationswärmetauscher die darin enthaltene Wärme vollständig für die Aufheizung des Wassers genutzt. Für eine solche Verbrennung können unterschiedliche Brennstoffarten eingesetzt werden, wobei ein zunehmender Anteil von Wasserstoff bzw. sogar reiner Wasserstoff für die Verbrennung zum Einsatz gelangen kann.Condensing boilers are used in particular for hot water heating, with the energy generated during combustion being converted almost completely. In particular, the exhaust gas produced during combustion is cooled as far as possible and the heat contained in it is used completely for heating the water by means of a condensation heat exchanger. Different types of fuel can be used for such combustion, with an increasing proportion of hydrogen or even pure hydrogen being able to be used for the combustion.
Während des Betriebes eines solchen Heizgerätes können sogenannte Flammenrückschläge auftreten, wobei die Flammenfront, die üblicherweise in dem Brennraum ausgebildet wird, sich entlang der Brennstoffzufuhr entgegen der Strömungsrichtung ausbreitet. Es ist offensichtlich, dass eine solche unkontrollierte, außerhalb des Brennraums stattfindende Verbrennung bzw. Explosion gefährlich und zu vermeiden ist.During the operation of such a heater, so-called flashbacks can occur, with the flame front, which is usually formed in the combustion chamber, propagating along the fuel supply counter to the direction of flow. It is obvious that such an uncontrolled combustion or explosion taking place outside the combustion chamber is dangerous and should be avoided.
Als eine hierfür sinnvolle Sicherheitsmaßnahme wird im Bereich der Verbrennungsluft- und/oder Brennstoffzufuhr eine sogenannte Flammsperre eingebaut, die die Ausbreitung der Flammenfront über dieses Bauteil hinaus vermeiden soll. Für derartige Flammsperren kommen insbesondere poröse und/oder eine Vielzahl von Kanälen aufweisende Körper in Betracht. Für die Herstellung solcher Flammsperren können Sinterpulver, Metalllagen etc. eingesetzt werden. Was die Flammensperren gemein haben, ist, dass sie den Strömungsquerschnitt massiv reduzieren und damit einen Zutritt von Verbrennungsluft und/oder Brennstoff nur durch Mikrokanäle bzw. Mikroporen zulassen.As a safety measure that makes sense for this purpose, a so-called flame barrier is installed in the area of the combustion air and/or fuel supply, which is intended to prevent the flame front from spreading beyond this component. Porous bodies and/or bodies having a large number of channels are particularly suitable for such flame barriers. Sinter powder, metal layers, etc. can be used to produce such flame barriers. What the flame barriers have in common is that they massively reduce the flow cross-section and thus only allow combustion air and/or fuel to enter through micro-channels or micro-pores.
Die Wartung einer solchen Flammsperre kann aufwändig sein, insbesondere, wenn diese häufig durchgeführt werden muss. Der Grund hierfür kann ein unerwünscht hoher Druckverlust über die Flammsperre sein, sodass ggf. eine exakte Dosierung bzw. Zuführung des Verbrennungsluft-Brennstoff-Gemischs nicht immer eingehalten werden kann.The maintenance of such a flame arrester can be expensive, especially if it has to be done frequently. The reason for this may be an undesirably high pressure drop across the flame arrestor, so that it may not always be possible to maintain an exact metering or supply of the combustion air/fuel mixture.
Hiervon ausgehend, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Heizgerät angegeben werden, welches mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Dauerbetrieb mit erhöhter Sicherheit realisiert. Darüber hinaus sollen der Betrieb sowie das Heizgerät wartungsfreundlicher werden. Zudem wäre wünschenswert, wenn die Verbesserung ohne Weiteres in bekannte Konstruktionen von Heizgeräten integriert werden kann.Proceeding from this, it is the object of the present invention to at least partially solve the problems described with reference to the prior art. In particular, a heater is to be specified which implements continuous operation with increased safety using simple design measures. In addition, the operation and the heater should be easier to maintain. It would also be desirable if the improvement could be readily incorporated into known heater designs.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Heizgerät gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einem Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes gemäß Patentanspruch 8 und/oder eine Verwendung einer Partikelabscheidevorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen genannten Merkmale können in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden und weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Merkmale der Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an.These objects are achieved with a heater according to the features of patent claim 1, a method for operating a heater according to
Hierzu trägt ein Heizgerät bei, welches zumindest einen Brenner mit einer Verbrennungsluftzufuhr und eine Brennstoffzufuhr umfasst. Bei dem Heizgerät handelt es sich insbesondere um ein sogenanntes Brennwertheizgerät. Die Verbrennungsluftzufuhr kann insbesondere nach Art einer Kanalführung bzw. Leitungsanordnung ausgeführt sein, die sich letztendlich bis hin zu dem Brenner bzw. Brennraum erstreckt. Die Brennstoffzufuhr kann ebenfalls nach Art eines Kanals oder einer Leitung ausgeführt sein, die bis zum Brenner führt. Es ist möglich, dass eine Verbrennungsluftzufuhr und Brennstoffzufuhr zumindest teilweise eine gemeinsame Gemischleitung bilden. Üblicherweise ist eine Mischeinheit bzw. ein Gasventil vorgesehen, mit dem der Brennstoff der zugeführten Verbrennungsluftzufuhr beigemengt werden kann.A heater that includes at least one burner with a combustion air supply and a fuel supply contributes to this. The heater is in particular a so-called condensing heater. The combustion air supply can be designed in particular in the form of a duct or line arrangement, which ultimately extends to the burner or combustion chamber. The fuel supply can also be designed in the form of a duct or a line that leads to the burner. It is possible for a combustion air supply and a fuel supply to at least partially form a common mixture line. A mixing unit or a gas valve is usually provided, with which the fuel can be added to the supplied combustion air supply.
Hinsichtlich der Brennstoffzufuhr ist grundsätzlich möglich, dass der Brennstoff in fester, flüssiger oder gasförmiger Form zugeführt wird. Im vorliegenden Fall handelt es sich insbesondere um einen gasförmigen Brennstoff, wobei dieser ggf. anteilig oder vollständig mit Wasserstoff ausgeführt ist.With regard to the fuel supply, it is basically possible for the fuel to be supplied in solid, liquid or gaseous form. In the present case, it is in particular a gaseous fuel, which may be partially or completely made up of hydrogen.
Die Verbrennungsluftzufuhr ist zumeist so gestaltet, dass diese einen Eintritt umfasst, der mit der Umgebungsluft des Heizgerätes zusammenwirken kann. Dieser Eintritt kann innerhalb eines Gehäuses des Heizgerätes und/oder direkt an dem Gehäuse des Heizgerätes positioniert sein. Mit anderen Worten bedeutet dies insbesondere, dass als Verbrennungsluft Umgebungsluft verwendet wird. Da derartige Heizgeräte zumeist in Lagerräumen, Kellerräumen etc. angeordnet sind, besteht das Risiko, dass über diese Umgebungsluft auch ein erheblicher Anteil von Stäuben, Verschmutzungen oder ähnliche Partikel angesaugt und hin zum Brenner bewegt werden.The combustion air supply is usually designed in such a way that it includes an inlet that can interact with the ambient air of the heater. This entry can be positioned within a housing of the heater and/or directly on the housing of the heater. In other words, this means in particular that ambient air is used as the combustion air. Since such heaters are mostly in storage rooms, basement rooms, etc., there is a risk that a significant proportion of dust, dirt or similar particles will be sucked in via this ambient air and moved towards the burner.
Insbesondere mit dem Ziel, die aus der Umgebung gesaugten Partikel bzw. Stäube zu entfernen und damit die Poren bzw. Mikrokanäle der Flammsperren nicht vorzeitig zu verstopfen, ist dem Verbrennungslüfter mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung zugeordnet, welche Partikel aus einer Strömung der Verbrennungsluft entfernen kann. In vielen Fällen wird es als ausreichend angesehen, dass eine einzelne Partikelabscheidevorrichtung für das Heizgerät vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, dass ein Heizgerät mit mehreren, ggf. sogar unterschiedlichen Partikelabscheidevorrichtungen ausführt ist. Zu den Ausführungsformen der Partikelabscheidevorrichtung wird nachfolgend im Einzelnen noch eingegangen.In particular with the aim of removing the particles or dust sucked from the environment and thus not prematurely clogging the pores or microchannels of the flame arrestors, the combustion fan is assigned at least one particle separator which can remove particles from a flow of the combustion air. In many cases it is considered sufficient that a single particle separation device is provided for the heater. However, it is also possible for a heater to be designed with several, possibly even different, particle separation devices. The embodiments of the particle separation device will be discussed in detail below.
Eine solche Partikelabscheidevorrichtung kann in der Verbrennungsluftzufuhr (oder sogar in der gemeinsamen Gemischleitung) positioniert sein. Es ist möglich, dass eine Partikelabscheidevorrichtung am bzw. im Eintritt der Verbrennungsluftzufuhr positioniert ist. Es ist möglich, dass die Partikelabscheidevorrichtung beabstandet von dem Eintritt der Verbrennungsluftzufuhr, aber in bzw. an einem Gehäuse des Heizgeräts positioniert ist. Die Partikelabscheidevorrichtung ist insbesondere so vorgesehen, dass ein Großteil der dem Brenner zugeführten Verbrennungsluft diese Partikelabscheidevorrichtung passiert, bzw. durchströmt. Es ist möglich, dass die gesamte Verbrennungsluftströmung mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung durchströmt. Die Partikelabscheidevorrichtung kann derart ausgeführt sein, dass sie (schwebende bzw. mitgerissene) Partikel der angesaugten Verbrennungsluftströmung abscheiden bzw. aus der Strömung entfernen kann. Bevorzugt ist, dass beispielsweise Partikel mit einem Partikeldurchmesser kleiner 150 µm [Mikrometer], insbesondere im Bereich von 10 bis 100 µm, und bevorzugt zu einem Anteil von mindestens 60 % aus der Verbrennungsluftströmung entfernt werden.Such a particle separation device can be positioned in the combustion air supply (or even in the common mixture line). It is possible for a particle separation device to be positioned at or in the inlet of the combustion air supply. It is possible for the particle separation device to be positioned at a distance from the inlet of the combustion air supply, but in or on a housing of the heater. The particle separating device is provided in particular in such a way that a large part of the combustion air supplied to the burner passes or flows through this particle separating device. It is possible for the entire combustion air flow to flow through at least one particle separation device. The particle separating device can be designed in such a way that it can separate (floating or entrained) particles of the intake combustion air flow or remove them from the flow. It is preferred that, for example, particles with a particle diameter of less than 150 μm [microns], in particular in the range from 10 to 100 μm, and preferably in a proportion of at least 60%, are removed from the combustion air flow.
Die mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung kann an und/oder in der Verbrennungsluftzufuhr angeordnet sein. Die Partikelabscheidevorrichtung kann sich insoweit auch auf Wandungen bzw. Wandabschnitte oder Kavitäten der Verbrennungsluftzufuhr erstrecken. Es ist möglich, dass die Partikelabscheidevorrichtung in der Verbrennungsluftzufuhr (zumindest teilweise) integriert ausgeführt ist. Es ist möglich, dass eine Partikelabscheidevorrichtung nach Art eines separaten Bauteil-Sets an bzw. in die Verbrennungsluftzufuhr montierbar ist.The at least one particle separation device can be arranged on and/or in the combustion air supply. In this respect, the particle separation device can also extend to walls or wall sections or cavities of the combustion air supply. It is possible for the particle separation device to be (at least partially) integrated into the combustion air supply. It is possible for a particle separation device to be mountable on or in the combustion air supply in the manner of a separate component set.
Die mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung kann wenigstens einen Filter umfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen sogenannten „mechanischen“ Filter handeln, der beispielsweise mit Papier und/oder Metall und/oder nach Art eines Gewebes gebildet ist. Ein solcher Filter kann beispielsweise in bzw. an dem Gehäuseeintritt, in/an dem Eintritt der Verbrennungsluftzufuhr und/oder in bzw. an der Gemischleitung zwischen einem Gebläse und dem Brenner bzw. der Flammsperre angeordnet sein.The at least one particle separation device can comprise at least one filter. This can be a so-called “mechanical” filter, for example, which is formed, for example, with paper and/or metal and/or in the manner of a fabric. Such a filter can be arranged, for example, in or on the housing inlet, in/at the inlet of the combustion air supply and/or in or on the mixture line between a fan and the burner or the flame arrester.
Es ist möglich, dass die mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung wenigstens einen Zyklonabscheider oder einen Trägheitsabscheider umfasst. Ein Zykonabscheider, teilweise auch Fliehkraftabscheider genannt, dient zur Entfernung bzw. zur Absonderung von in der Verbrennungsluft enthaltenen festen Partikeln. Der Aufbau umfasst im Wesentlichen vier Komponenten, nämlich einen (oberen) Einlaufzylinder, einen (mittigen) Kegel, einen Partikelauffangbehälter (auch Bunker genannt, unten) sowie ein sogenanntes Tauchrohr, das mittig von oben herab im Einlaufzylinder angebracht ist. Im Einlaufzylinder wird das Verbrennungsluft-Partikel-Gemisch insbesondere tangential eingeblasen bzw. eingesaugt und so auf eine kreisförmige Bahn gebracht. Durch die Verjüngung im anschließenden Kegel nimmt die Drehgeschwindigkeit dermaßen zu, dass sich die Partikel durch die Fliehkraft an die Kegelwände pressen bzw. dorthin geschleudert werden. Die Verbrennungsluft, welche zentral strömt, ist demnach im Wesentlichen frei von Partikeln und kann durch das mittige Tauchrohr den Abscheider verlassen. Ein Zyklonabscheider kann insbesondere am Eintritt der Verbrennungsluftzufuhr vorgesehen sein.It is possible that the at least one particle separation device comprises at least one cyclone separator or one inertial separator. A cyclone separator, sometimes also called a centrifugal separator, is used to remove or separate solid particles contained in the combustion air. The structure essentially comprises four components, namely an (upper) intake cylinder, a (central) cone, a particle collection container (also called a bunker, below) and a so-called immersion tube, which is attached centrally from above in the intake cylinder. In the intake cylinder, the combustion air-particle mixture is blown in or sucked in, in particular, tangentially and is thus brought onto a circular path. Due to the narrowing in the subsequent cone, the rotational speed increases to such an extent that the particles are pressed against the walls of the cone by centrifugal force or are thrown there. The combustion air, which flows centrally, is therefore essentially free of particles and can leave the separator through the central immersion tube. A cyclone separator can be provided in particular at the inlet of the combustion air supply.
Ein Trägheitsabscheider funktioniert prinzipiell ähnlich, wobei es hier jedoch nicht auf die tangentiale Strömung ankommt, sondern eine andere (abrupte) Änderung der Strömungsbewegung eingestellt ist, der die Partikel aufgrund ihrer Trägheit nicht nachfolgen können. Es ist möglich, einen Trägheitsabscheider unmittelbar am Gehäuse des Heizgerätes vorzusehen, beispielsweise dort, wo der Umgebungslufteintritt ist. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass der Partikelsammelbereich leicht zugänglich ist und von außen ggf. von den Benutzern selbst geleert bzw. gereinigt werden kann. Es ist möglich, den Trägheitsabscheider in der Verbrennungsluftzufuhr selbst vorzusehen, wobei dieser beispielsweise auch die Schwerkraft nutzen kann. Insbesondere ist möglich, in der Verbrennungsluftzufuhr einen signifikanten Querschnittssprung zu realisieren, sodass die Strömungsgeschwindigkeit stark sinkt und damit der Staub herausfallen kann.In principle, an inertia separator works in a similar way, although the tangential flow is not important here, but another (abrupt) change in the flow movement is set, which the particles cannot follow due to their inertia. It is possible to provide an inertial separator directly on the housing of the heater, for example where the ambient air inlet is. This offers the particular advantage that the particle collection area is easily accessible and can be emptied or cleaned from the outside by the users themselves. It is possible to provide the inertia separator in the combustion air supply itself, which can also use gravity, for example. In particular, it is possible to implement a significant cross-sectional jump in the combustion air supply, so that the flow rate drops sharply and the dust can fall out.
Es ist möglich, dass im Wesentlichen auch das Heizgerät bzw. dessen (gesamtes) Gehäuse nach Art eines Trägheitsabscheiders ausgeführt ist. Hierfür können in dem Gehäuse des Heizgerätes Leitstrukturen bzw. Leitbleche vorgesehen sein, die eine gezielte, ggf. mäanderförmige Strömung der Verbrennungsluft nach dem Eintritt in das Gehäuse des Heizgerätes bis hin zum Eintritt der Verbrennungsluftzufuhr ausbildet. Damit kann der Boden des Gehäuses des Heizgerätes einen Sammelbereich für die Partikel ausbilden. Die Leitstrukturen sind insbesondere so innerhalb des Gehäuses des Heizgerätes angeordnet, dass die Umgebungsluft zunächst nach unten strömt und erst dann zum (weiter oben positionierten) Eintritt der Verbrennungsluftzufuhr gelangt. Insbesondere kann durch die Vorsehung solcher Leitstrukturen auch erreicht werden, dass der Strömungspfad der Verbrennungsluft vom Eintritt in das Gehäuse bis hin zum Eintritt der Verbrennungsluftzufuhr signifikant verlängert wird, beispielsweise um den Faktor 2 oder sogar 3.It is possible that essentially the heater or its (entire) housing is designed in the manner of an inertial separator. For this purpose, guide structures or guide plates can be provided in the housing of the heater, which forms a targeted, possibly meandering flow of the combustion air after entering the housing of the heater up to the entry of the combustion air supply. The bottom of the heater housing can thus form a collection area for the particles. The guide structures are arranged in particular within the housing of the heater in such a way that the ambient air first flows downwards and only then reaches the inlet (positioned further up) for the combustion air supply. In particular, the provision of such guide structures can also ensure that the flow path of the combustion air is significantly lengthened from the entry into the housing to the entry of the combustion air supply, for example by a factor of 2 or even 3.
Es ist möglich, dass die mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung wenigstens eine elektrische Partikelaufladeapparatur umfasst. Es ist möglich, dass eine solche Partikelabscheidevorrichtung einen sogenannten Elektrofilter umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass die elektrische Partikelaufladeapparatur eine Sprühelektrode umfasst, die geeignet ist, ein elektrisches Feld zu bilden, mit dem Staubteilchen in der Verbrennungsluft elektrisch aufgeladen werden können. Die damit aufgeladenen Staubpartikel können dann durch die Einwirkung der elektrischen Kraft (Coulombsches Gesetz) eines anliegenden Gleichspannungsfeldes quer zur Strömungsrichtung der Verbrennungsluft zu einer vorgegebenen Niederschlagselektrode wandern, wo sie ihre elektrische Ladung abgeben. Nachdem die Teilchen dann ihre elektrische Ladung abgegeben haben, werden sie durch Haltekräfte bzw. Haftkräfte gebunden, die im Wesentlichen durch das elektrische Feld bestimmt werden.It is possible that the at least one particle separation device comprises at least one electrical particle charging apparatus. It is possible for such a particle separation device to include what is known as an electrostatic precipitator. In particular, it is provided that the electrical particle charging apparatus includes a discharge electrode which is suitable for forming an electrical field with which dust particles in the combustion air can be electrically charged. The charged dust particles can then migrate through the effect of the electrical force (Coulomb's law) of an applied DC voltage field transverse to the direction of flow of the combustion air to a given collection electrode, where they release their electrical charge. After the particles have then given up their electrical charge, they are bound by holding forces or adhesive forces, which are essentially determined by the electrical field.
Es ist möglich, eine solche „aktive statische Ladung“ in einem Bereich auszubilden, der dem Eintritt der Verbrennungsluft in das Gehäuse des Heizgerätes nahe ist. Die Partikelaufladeapparatur ist insbesondere zum statischen Aufladen von Staubpartikeln eingerichtet, wobei dort gleichzeitig bevorzugt auch die Partikel abgelagert bzw. gesammelt werden.It is possible for such an “active static charge” to build up in an area close to where the combustion air enters the heater housing. The particle charging apparatus is set up in particular for the static charging of dust particles, with the particles preferably also being deposited or collected there at the same time.
Die mindestens eine Partikelabscheidevorrichtung kann wenigstens eine passiv elektrisch geladene Oberfläche umfassen. Eine passiv elektrisch geladene Oberfläche ist insbesondere so ausgeführt, dass diese für eine elektrostatische Aufladung von Partikeln der Verbrennungsluft geeignet ist, insbesondere aufgrund des Vorbeiströmens. Die Oberfläche kann hierfür geeignete Materialien, Oberflächeneigenschaften etc. aufweisen. Insbesondere ist möglich, dass die passiv elektrisch geladene Oberfläche Mikrofasern umfasst. Die Mikrofasern können synthetische Fasern sein, beispielsweise gebildet mit Nylon und/oder Polyester.The at least one particle separation device can comprise at least one passively electrically charged surface. A passively electrically charged surface is in particular designed in such a way that it is suitable for electrostatic charging of particles in the combustion air, in particular due to the fact that they flow past. The surface can have suitable materials, surface properties, etc. for this purpose. In particular, it is possible for the passively electrically charged surface to include microfibers. The microfibers can be synthetic fibers such as formed from nylon and/or polyester.
Grundsätzlich können alle von der Verbrennungsluft um- bzw. beströmten Flächen im Inneren des Heizgerätes bzw. dessen Gehäuse mit solchen passiv elektrisch geladenen Oberflächen ausgeführt sein. Es ist möglich, bestehende Wandungen mit einer solchen Oberfläche zu verkleiden, es ist aber auch möglich, derartige passiv elektrisch geladene Oberflächen neu im Gehäuse des Heizgerätes aufzuhängen bzw. anzuordnen. Es ist beispielsweise möglich, eine Art Vorhang mit einer solchen passiv elektrisch geladenen Oberfläche zu bilden, insbesondere im Bereich des Eintritts der Verbrennungsluft in das Heizgerätgehäuse. Es ist ebenso möglich, beispielsweise Seitenbereiche des Heizgerätgehäuses, wo sich derzeit Dämmmatten befinden, mit entsprechenden passiv elektrisch geladenen Oberflächen auszuführen. Ebenso ist möglich, äußere Oberflächen des Wärmetauschers und/oder eines Ausdehnungsgefäßes und/oder weiterer Bauteile im Bereich des Eintritts der Verbrennungsluft in das Gehäuse mit entsprechenden passiv elektrisch geladenen Oberflächen auszuführen.In principle, all surfaces in the interior of the heater or its housing around which the combustion air flows can be designed with such passively electrically charged surfaces. It is possible to cover existing walls with such a surface, but it is also possible to resuspend or arrange such passively electrically charged surfaces in the housing of the heater. It is possible, for example, to form a kind of curtain with such a passively electrically charged surface, particularly in the area where the combustion air enters the heater housing. It is also possible, for example, to design side areas of the heater housing, where insulating mats are currently located, with corresponding passively electrically charged surfaces. It is also possible to design outer surfaces of the heat exchanger and/or an expansion tank and/or other components in the area where the combustion air enters the housing with corresponding passively electrically charged surfaces.
Bevorzugt findet die Erfindung Anwendung bei einem Heizgerät, bei dem vor dem Brenner in der Verbrennungsluftzufuhr mindestens eine Flammsperre vorgesehen ist, der von der mindesten einen Partikelabscheidevorrichtung behandelte Verbrennungsluft zuführbar ist. Folglich ist auf diese Weise möglich, dass der Verbrennungsluft zunächst Partikel entnommen werden und erst anschließend die Flammensperre von der Verbrennungsluft durchströmt wird.The invention is preferably used in a heating device in which at least one flame arrester is provided upstream of the burner in the combustion air supply, to which combustion air treated by the at least one particle separation device can be supplied. Consequently, it is possible in this way for particles to first be removed from the combustion air and only then for the combustion air to flow through the flame arrestor.
Einem weiteren Aspekt der Erfindung folgend, wird ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes vorgeschlagen, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- a) Zuführen von wenigstens teilweise Partikel aufweisende Verbrennungsluft zu einem Heizgerät;
- b) wenigstens teilweises Entfernen der Partikel aus der Verbrennungsluft;
- c) Verbrennen eines Gemisches aus Brennstoff und Verbrennungsluft.
- a) supplying combustion air at least partially containing particles to a heating device;
- b) at least partially removing the particles from the combustion air;
- c) Combustion of a mixture of fuel and combustion air.
Die Erläuterungen zum Heizgerät und den funktionalen und strukturellen Merkmalen der Partikelabscheidevorrichtung können gleichermaßen zur Beschreibung dieses Verfahrens zum Betreiben des Heizgerätes herangezogen werden. Insbesondere realisiert die Partikelabscheidevorrichtung in der installierten Bauform kontinuierlich im Betrieb des Heizgerätes die Verfahrensschritte a) bis c).The explanations for the heating device and the functional and structural features of the particle separation device can also be used to describe this method for operating the heating device. In particular, the particle separation device in the installed design continuously carries out the method steps a) to c) during operation of the heater.
Schritt a) umfasst insbesondere das Ansaugen von Umgebungsluft im Umfeld des Heizgerätes. Hierfür kann das Heizgerät mit einem Gebläse oder dergleichen ausgeführt sein. Die Verbrennungsluft bzw. Umgebungsluft umfasst dabei regelmäßig Partikel wie Stäube, Abgaspartikel etc., die hier mit angesaugt werden.Step a) includes, in particular, sucking in ambient air in the vicinity of the heater. For this purpose, the heater can be designed with a fan or the like. The combustion air or ambient air regularly includes particles such as dust, exhaust gas particles, etc., which are also sucked in here.
Schritt b) kann insbesondere mittels einer der hier vorgestellten Partikelabscheidevorrichtungen ausgeführt werden. Die so zumindest teilweise von Partikeln gereinigte Verbrennungsluft wird dann gemeinsam mit dem Brennstoff dem Heizgerät zugeführt, sodass dieses brennbare Gemisch dann in der Brennerkammer verbrannt wird.Step b) can be carried out in particular by means of one of the particle separation devices presented here. The combustion air, at least partially cleaned of particles in this way, is then fed to the heater together with the fuel, so that this combustible mixture is then burned in the combustion chamber.
Hierbei ist das Verfahren insbesondere so ausgeführt, dass die Verbrennungsluft nach Schritt b) und vor Schritt c) durch wenigstens eine Flammsperre hindurchgeführt wird. Damit trägt Schritt b) dazu bei, dass die Flammsperre sich nicht bzw. deutlich später als nach dem Stand der Technik zusetzt, was zu einer verbesserten Wartungsfreundlichkeit führt.In this case, the method is designed in particular in such a way that the combustion air is guided through at least one flame arrester after step b) and before step c). Step b) thus contributes to the fact that the flame barrier does not clog or clogs significantly later than in the prior art, which leads to improved ease of maintenance.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird schließlich die Verwendung einer Partikelabscheidevorrichtung zur Verminderung der Partikelbeladung eines Verbrennungsluftstromes eines Heizgerätes vorgeschlagen, insbesondere zur Verbesserung der Funktionstüchtigkeit einer Flammsperre des Heizgerätes. Die Erläuterungen zum Heizgerät können auch zur Charakterisierung der Verwendung der Partikelabscheidevorrichtung herangezogen werden und umgekehrt.Finally, according to a further aspect, the use of a particle separation device to reduce the particle loading of a combustion air stream of a heating device is proposed, in particular to improve the functionality of a flame arrestor of the heating device. The explanations for the heater can also be used to characterize the use of the particle separation device and vice versa.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren Ausführungsbeispiele zeigen, auf die die Erfindung nicht beschränkt sein soll. Die einzelnen Merkmale aus den Figuren können extrahiert und mit weiteren Erläuterungen der allgemeinen Beschreibung bzw. Aspekten anderer Figuren kombiniert werden, soweit das hier nicht explizit ausgeschlossen ist. Insbesondere sind nicht mit Bezugszeichen versehene Komponenten für die Beschreibung der Erfindung von untergeordneter oder gar zu vernachlässigender Bedeutung. Gleiche Sachverhalte sind in den Figuren mit gleichem Bezugszeichen versehen, so dass deren Erläuterungen von anderen Figurenbeschreibungen herangezogen werden können, auch wenn diese nicht (nochmals) erläutert wurden. Die Figuren sind schematisch und zeigen Folgendes:
-
1 : ein Heizgerät mit einer ersten Ausführungsform einer Partikelabscheidevorrichtung, -
2 : ein Heizgerät mit einer zweiten Ausführungsform einer Partikelabscheidevorrichtung, -
3 : eine weitere Ausführungsvariante einer Partikelabscheidevorrichtung, die oben am Gehäuse ausgeführt ist, -
4 : eine mögliche Ausführungsform einer Partikelabscheidevorrichtung gemäß3 , -
5 : ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Partikelabscheidevorrichtung, -
6 : ein Gehäuse eines Heizgerätes mit einer Partikelabscheidevorrichtung, umfassend eine Leitstruktur, -
7 : ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Partikelabscheidevorrichtung mit einer elektrischen Partikelaufladeapparatur, und -
8 : ein Ausführungsbeispiel einer Partikelabscheidevorrichtung mit wenigstens einer passiv elektrisch geladenen Oberfläche.
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1 : a heater with a first embodiment of a particle separation device, -
2 : a heater with a second embodiment of a particle separation device, -
3 : another embodiment variant of a particle separation device, which is designed at the top of the housing, -
4 : a possible embodiment of a particle separation device according to FIG3 , -
5 : another embodiment of a particle separation device, -
6 : a housing of a heater with a particle separation device, comprising a guide structure, -
7 : a further exemplary embodiment of a particle separation device with an electrical particle charging apparatus, and -
8th : an embodiment of a particle separation device with at least one passively electrically charged surface.
Die Verbrennungsluft strömt dann entlang des angedeuteten Strömungspfades 19 weiter im Gehäuseinnenraum 22 zum Eintritt 15 der Verbrennungsluftzufuhr 3. Auch an diesem Eintritt 15 kann (alternativ oder kumulativ) eine Partikelabscheidevorrichtung 5 vorgesehen sein, beispielsweise auch wieder in Form eines Filters. Danach strömt die Verbrennungsluft innen durch die Verbrennungsluftzufuhr 3, die hier nach Art eines Schalldämpfers bzw. „Silencers“ ausgeführt ist. Dann erreicht diese Verbrennungsluft eine Mischeinheit 14, der auch die Brennstoffzufuhr 4 zugeordnet ist. In der Mischeinheit 14 wird folglich der Brennstoff der Verbrennungsluft in einem vorgegebenen Verhältnis beigemengt und dann gemeinsam zum zentralen Abschnitt des Wärmetauschers 13 geführt, wo einerseits eine Flammsperre 11 sowie dahinterliegend ein Brenner 2 positioniert ist. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Partikelabscheidevorrichtung 5 in der gemeinsamen Gemischleitung stromabwärts der Mischeinheit 14 innenliegend vorgesehen. Für diesen Strömungspfad 19 der Verbrennungsluft kann ein (hier nur verdeckt abgebildetes) Gebläse vorgesehen sein, mit dem die Umgebungsluft angesaugt, durch die Verbrennungsluftzufuhr 3 bewegt und dem Brenner 2 zugeführt wird.The combustion air then flows further along the indicated
Grundsätzlich ist möglich, die anderen hier offenbarten Partikelabscheidevorrichtungen an denselben oder ähnlichen Positionen, wie hier veranschaulicht, vorzusehen.In principle, it is possible to provide the other particle separation devices disclosed here at the same or similar positions as illustrated here.
Damit wurde offenbart, wie die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise gelöst wurden. Insbesondere wurde ein Heizgerät beschrieben, welches mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Dauerbetrieb mit erhöhter Sicherheit realisiert. Darüber hinaus sind der Betrieb sowie das Heizgerät selbst nun wartungsfreundlicher. Zudem wurden Maßnahmen angegeben, die einfach in bekannte Konstruktionen von Heizgeräten integriert werden können.It has thus been disclosed how the problems described with reference to the prior art have been at least partially solved. In particular, a heater has been described which implements continuous operation with increased safety using simple design measures. In addition, the operation and the heater itself are now easier to maintain. In addition, measures were specified that can easily be integrated into known constructions of heaters.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Heizgerätheater
- 22
- Brennerburner
- 33
- Verbrennungsluftzufuhrcombustion air supply
- 44
- Brennstoffzufuhrfuel supply
- 55
- Partikelabscheidevorrichtungparticle separator
- 66
- Filterfilter
- 77
- Zyklonabscheidercyclone separator
- 88th
- Trägheitsabscheiderinertial separator
- 99
- elektrische Partikelaufladeapparaturelectrical particle charging apparatus
- 1010
- passiv elektrisch geladene Oberflächepassively electrically charged surface
- 1111
- Flammsperreflame arrestor
- 1212
- GehäuseHousing
- 1313
- Wärmetauscherheat exchanger
- 1414
- Mischeinheitmixing unit
- 1515
- Eintrittentry
- 1616
- Austrittexit
- 1717
- Sammelbereichcollection area
- 1818
- Leitstrukturlead structure
- 1919
- Strömungspfadflow path
- 2020
- Spannungsquellevoltage source
- 2121
- Abgasleitungexhaust pipe
- 2222
- Gehäuseinnenraumhousing interior
- 2323
- Partikelparticles
Claims (10)
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2021
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-
2022
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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