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Verfahren zur selbsttätigen Überwachung des Betriebes von Gasbrennern
und Brenner zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur selbsttätigen überwachung des Betriebs von Gasbrennern und die besondere Ausgestaltung
der für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Brenner.
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Ziel der Erfindung ist dabei, ein zufälliges Erlöschen der Flamme
nicht zum Anlaß für nennenswerten Gasaustritt werden zu lassen und überhaupt dafür
zu sorgen, daß der Betrieb des Brenners nicht zu einer unzuträglichen Verunreinigung
und Vergiftung der Atemluft in der Umgebung des Brenners führen kann.
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Zur Erreichung des ersten Zieles sind Brenner bekannt, die mit einer
Pilotflamme ausgerüstet sind. Diese Pilotflamme wirkt mit einem temperaturempfindlichen
Element zusammen, z. B. einem Bimetallschalter oder einem Thermoelement, das im
Einflußbereich der Pilotflamme angeordnet ist und bei deren Erlöschen das Zulaufventil
für das Brenngas zu dem Brenner schließt.
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Bekannt sind weiter Sicherungsvorkehrungen für solche Brenner, bei
denen die Verbrennungsprodukte nicht, etwa durch einen Kamin, nach außen abgesaugt
werden, sondern in dem den Brenner enthaltenden Raum für längere Zeit verbleiben,
die dann ansprechen, wenn die natürliche Lufterneuerung nicht ausreicht, um einer
Verarmung der Atemluft und einer Anreicherung von Kohlendioxyd darin wirksam zu
begegnen. Diese Vorrichtungen machen sich dabei den Einfluß einer Veränderung des
Gehalts der Luft an Sauerstoff und an Kohlendioxyd auf das Brennen der Pil_otflamme
zunutze. Dieser Einfluß äußert sich im wesentlichen darin, daß die in normaler Atmosphäre
stabil brennende Pilotflamme mit zunehmender Anreicherung von Verbrennungsprodukten
in der Atmosphäre mehr und mehr instabil wird und schließlich überhaupt erlischt,
woraufhin dann über den Wärmefühler im Flammenbereich die Gaszufuhr zu den Brennstellen
unterbunden wird, so daß auch die Hauptflammen des Brenners erlöschen.
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Voraussetzung für ein befriedigendes Arbeiten einer derartigen Sicherheitseinrichtung
ist naturgemäß, daß sie anspricht, bevor die Verbrennungsprodukte eine für die menschliche
Atmung unzuträgliche Verunreinigung der Raumluft hervorrufen können. Das bedeutet
aber wiederum, daß man den normalen Arbeitspunkt der Pilotflamme sehr nahe an die
Stabilitätsgrenze heranlegen muß, so daß bereits geringe Verunreinigungen der Raumluft
das Erlöschen der Pilotflamme und damit die Abschaltung des gesamten Brenners auslösen
können.
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Zur Erfüllung dieser Forderung sind eine Reihe von Brennerkonstruktionen
bekanntgeworden. Allen diesen bekannten Konstruktionen gemeinsam ist, daß sie das
angestrebte Ziel dadurch zu erreichen suchen, daß die Pilotflamme mit einer anderen
Brenngasmischung versorgt wird als die Hauptflammen. Dazu wird entweder der Druck
des zugeführten Brenngases unterschiedlich gewählt - und zwar herrscht an der Pilotflamme
ein höherer Gasdruck und damit auch eine größere Strömungsgeschwindigkeit im Brenngasstrom
-, oder es wird das Mischungsverhältnis zwischen dem eigentlichen Brenngas und der
in die Gaszufuhrleitung, etwa über ein Venturirohr eingespeisten Luft, die im folgenden
der Kürze halber einfach mit Primärluft bezeichnet werden soll, für beide Flammenarten
unterschiedlich gewählt, wobei das Mischungsverhältnis für die Hauptflammen so gewählt
wird, daß sich unabhängig von den Umweltbedingungen stets stabile Brennverhältnisse
ergeben, während bei der Pilotflamme eine solche Mischung herrschen soll, daß bei
reiner Umweltluft gerade noch Stabilität herrscht, die bei auch nur geringen Verunreinigungen
in instabile Verhältnisse übergeht, wobei die Pilotflamme erlischt.
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Nachteilig ist jedoch bei diesen bekannten Methoden der Umstand, daß
beide Kriterien für die Einstellung des Arbeitspunktes der Pilotflamme, nämlieh
Gasdruck
und Mischungsverhältnis von Brenngas zu Primärluft, von der für die Hauptflammen
gewählten Einstellung abhängen. Da für letztere aber unbedingt eine von dem jeweiligen
Benutzer nachstellbare Regelmöglichkeit vorgesehen sein muß, um eine Anpassung an
Schwankungen im Heizwert und im Druck des Brenngases, die ihre Ursache in der Speisequelle
haben, auszugleichen, läßt sich bei den bekannten Brennern die Gefahr nicht ausschließen,
daß gleichzeitig mit einer solchen Regelung ungewollt und vom Benutzer unbemerkt
auch eine Veränderung in den Stabilitätsverhältnissen der Pilotflamme erfolgt, die
das zuverlässige Ansprechen der Sicherheitseinrichtungen gegen eine unzulässige
Anreicherung der Atemluft mit Verbrennungsprodukten in Frage stellt.
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Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Regelmöglichkeit für die
Stabilität der Pilotflamme zu schaffen, die von den Eigenschaften des zugeführten
Brenngas-Primärluft-Gemisches unabhängig ist. Ausgangspunkt für die erfindungsgemäße
Lösung dieser Aufgabe ist dabei ein Gasbrenner mit einer Gruppe stets stabiler Hauptflammen
und einer Pilotflamme, die in normaler Atmosphäre stabil brennt, mit zunehmender
Verunreinigung der umgebenden Atmosphäre jedoch unstabil wird und schließlich erlischt,
und mit einem Wärmefühler, der auf die Pilotflamme anspricht und auf einen in der
Gaszuleitung zu allen Brennstellen befindlichen Hahn einwirkt.
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Ihre Grundlage findet die erfindungsgemäße Betriebsweise eines solchen
Gasbrenners in der aus eingehenden Untersuchungen gewonnenen Erkenntnis, daß sich
eine unterschiedliche Stabilität von Pilotflamme einerseits und Hauptflammen anderseits
auch auf dem Wege über die dem Brenner von außen her zur Unterhaltung der Verbrennung
zugeführte Umgebungsluft erreichen läßt, die im folgenden kurz mit Sekundärluft
bezeichnet ist.
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In Anwendung dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß derart vorgegangen,
daß der Sekundärluftzutritt zur Pilotflamme durch entsprechende Gestaltung und Anordnung
des Brenners begünstigt und zum Hauptbrenner durch bauliche Maßnahmen behindert
wird.
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Auf diese Weise erhält man eine Pilotflamme, die unbeeinflußt von
den Bedingungen der Gaszufuhr stets am Rande des stabilen Zustandes brennt und bereits
bei sehr geringen Verunreinigungen der Umgebungsluft in das instabile Gebiet gerät
und zum Erlöschen kommt, während umgekehrt die Hauptflammen infolge der verringerten
Zufuhr gegebenenfalls verunreinigter Umgebungsluft eine gesteigerte Brennstabilität
aufweisen und nur durch Abschalten der Brenngaszufuhr über den Wärmefühler od. dgl.
zum Erlöschen kommen können.
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Ein für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders
geeigneter Gasbrenner ist dadurch ausgezeichnet, daß er nahe den Öffnungen für die
Hauptflammen den Sekundärluftzutritt erschwerende Wandvorsprünge aufweist, während
die öffnung für die Pilotflamme der Sekundärluft in an sich bekannter Weise ungehindert
zugänglich ist.
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In Weiterbildung eines solchen Brenners, der einen gestreckten oder
ringförmigen Brennerkörper aufweist, in dem die Öffnungen für die Hauptflammen als
in Reihe aufeinanderfolgende Schlitze ausgebildet sind, können die Wandvorsprünge
aus beiderseits der Öffnungen angeordneten Leisten bestehen. Als günstig hat es
sich schließlich weiter noch erwiesen, das Profil des Brennerkörpers in der Umgebung
der öffnung für die Pilotflamme flacher zu halten als an der Stelle der Öffnungen
für die Hauptflammen.
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An Hand der Zeichnungen, in denen als Ausführungsbeispiel für einen
erfindungsgemäßen Gasbrenner eine zusammengesetzte Ausführung eines Lufterhitzers
mit Hauptflammenöffnungen und Pilotflammenöffnung in einem gemeinsamen Brennerkörper
schematisch dargestellt ist, seien der Aufbau des Brenners und die Arbeitsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens noch etwas näher erläutert; es zeigt F i g. 1 eine
teilweise- aufgeschnittene perspektivische Ansicht eines geraden Brenners gemäß
der Erfindung, F i g. 2 und 3 Querschnitte an den Stellen II-II bzw. III-III von
F i g. 1, die eine Öffnung des Hauptbrenners bzw. die Öffnung des Pilotbrenners
zeigen, F i g. 4 eine Draufsicht eines ringförmigen Brenners gemäß der Erfindung,
F i g. 5 und 6 Querschnitte an den Stellen V-V bzw. VI-VI von Fi g. 4, die eine
Öffnung des Hauptbrenners bzw. eine Öffnung des Pilotbrenners zeigen.
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In den Figuren ist die Zuleitung für das Heizgas mit 1 bezeichnet
und die Zuleitung für die Primärluft mit 2, die etwa durch eine übliche Einrichtung,
z. B. eine Venturidüse, ausgeführt werden kann.
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Die Gasmischung wird gleichmäßig verteilt, z. B. bei einem geraden
Brenner mittels eines an sich bekannten Deflektors 3, der in F i g. 1 erkennbar
ist. Die Gasmischung gelangt zuerst in Strömungsrichtung an die Auslaßöffnungen
4 des Hauptbrenners. Diese Öffnungen können irgendeine Form aufweisen; es
hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, sie in Gestalt von schmalen Schlitzen
auszubilden, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, wodurch die Stabilität der Flammen
erhöht wird.
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Die Verminderung der Aufnahme von Sekundärluft durch diese Flammen
erfolgt mittels Vorrichtungen, die das Anziehen der Sekundärluft, das durch die
Verbrennung in der Flamme hervorgerufen wird, verringern, z. B. mittels Vorsprüngen
5, die in den F i g. 1, 2, 4 und 5 erkennbar sind.
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Eine in den F i g. 1 und 3 erkennbare Teilzwischenwand 6 zwischen
der letzten Öffnung 4 der Hauptflammen und der Öffnung des Pilotbrenners
7 des geraden Brenners begrenzt die innere Zufuhr von Brenngas und Primärluft zu
dem Pilotbrenner 7.
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Die Öffnung 7 des Pilotbrenners in Form eines vorzugsweise kreisförmigen
Loches liegt ganz am Ende des geraden Brenners in Richtung des Gasstromes oder an
irgendeiner Stelle eines ringförmigen Brenners, jedoch vorzugsweise an einer der
Eintrittsstelle des Heizgases in den Ringbrenner diametral gegenüberliegenden Stelle.
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Dieses Loch 7 ist an einer vollständig frei liegenden Stelle des Brenners
angeordnet, um die Sekundärluftzufuhr möglichst weitgehend zu steigern.
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Die freie Anordnung kann insbesondere durch die Gestalt des die Öffnung
7 tragenden Teiles des Brenners erreicht sein, die in den F i g. 1 und 3 für einen
geraden Brenner und in den F i g. 4 und 6 für einen Ringbrenner deutlich gezeigt
ist, wobei sie bei diesem durch eine Abflachung des die Öffnung 7 aufweisenden Bereiches
des Brenners verwirklicht ist.
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Oberhalb der an der Öffnung 7 entstehenden Pilotflamme ist ein wärmeempfindliches
Organ 8 vorgesehen, z. B. ein Bimetallschalter oder ein Thermoelement,
das
in F i g. 1 schematisch dargestellt und in F i g. 4 nicht gezeichnet ist.
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Dieses Organ 8 wirkt auf irgendeine bekannte Einrichtung zur Betätigung
eines Zulaßventils für das Brenngas, welches in den F i g. 1 und 4 nicht dargestellt
ist.
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Das Einlaßventil für das Brenngas kann von irgendeiner Bauart sein,
z. B. mechanisch betätigt sein, wenn das temperaturempfindliche Organ ein Bimetallschalter
ist, oder auch elektromagnetisch betrieben werden, wenn dieses Organ ein Thermoelement
ist. In dem letzteren Fall kann ein zweites Ventil der gleichen Bauart auf die das
Heizgas enthaltende Flasche aufgesetzt sein, um Leckströmungen aus z. B. biegsam
ausgebildeten Rohren zu vermeiden, die die Flasche mit dem Heizgerät verbinden.
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Das Heizgerät gemäß der Erfindung kann z. B. außer zur Erwärmung von
Luft auch zur Erwärmung von Wasser oder für Küchenzwecke od. ä. verwendet werden.
Als Heizgas kann irgendein Gas verwendet werden, z. B. Stadtgas, Butan, Propan,
Methan usw.