DE3231865C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Bei atmosphärischen Gasbrennern wird durch den dem Brennraum zugeführten Gasstrom zunächst unmittelbar Pirmärluft angesaugt, die sich mit dem zugeführten Gas vermischt. Außerdem weist der Brennraum Öffnungen auf, durch welche Sekundärluft in den Brennraum eingesaugt wird, die bei der Verbrennung verbraucht wird.

Die Dimensionierung von Gasbrennern dieser Art wird üblicherweise so gewählt, daß im Vollastbetrieb die dem Brennraum insgesamt zugeführten Luftmengen quanti­ tativ mit dem zugeführten Gas reagieren können. Eine zu geringe Luftzufuhr würde zu einer unvollständigen Verbrennung führen, eine zu hohe Luftzufuhr dagegen würde den Wirkungsgrad herabsetzen, da ein Teil der Luft nicht an der Verbrennung teilnimmt und nach ent­ sprechender Aufheizung ungenutzt mit dem Abgas abge­ führt wird.

Durch entsprechende Dimensionierung der Ansaugöffnung für die Sekundärluft läßt sich ein atmosphärischer Gas­ brenner so optimieren, daß Gaszufuhr und Luftzufuhr aufeinander abgestimmt sind.

Schwierigkeiten ergeben sich jedoch, wenn ein in die­ ser Weise für Vollastbetrieb optimal ausgelegter Gas­ brenner im Teillastbetrieb arbeiten soll. Dabei wird die Gaszufuhr entsprechend gedrosselt. Dies führt aber nicht zwangsläufig zu einer entsprechenden Drosselung der Luftzufuhr, so daß im Teillastbetrieb in der Praxis oft ein gegenüber dem Vollastbetrieb größerer Luftüber­ schuß im Brennraum herrscht, wodurch der Wirkungsgrad herabgesetzt wird.

Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es bereits bekannt, die in den Brennraum führenden Einlaßöffnungen für die Sekundärluft im Teillastbetrieb in ihrem Querschnitt zu reduzieren; dazu bedarf es jedoch aufwendiger Kon­ struktionen, die eine komplizierte Steuerung nötig machen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Verbrennungsvor­ richtung der eingangs beschriebenen Art derart zu ver­ bessern, daß auf einfache Weise auch im Teillastbetrieb eine auf die reduzierte Gaszuführung abgestimmte Luft­ zufuhr erreicht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Verbrennungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Erhöhung des Strömungswiderstandes im Abgasströmungsweg vor der Strömungssicherung erreicht man bei einer konstanten, für den Teillastbetrieb typischen Gaszufuhr, daß die Sekundär­ luftzufuhr zum Brennraum reduziert wird, wobei man durch Veränderung des Strömungswiderstandes die Zufuhr der Sekundärluft feinfühlig und exakt auf die reduzierte Gaszufuhr abstimmen kann.

Es ist zwar im Stand der Technik bekannt, stromabwärts der Strömungssicherung Vorrichtungen zum Erhöhen des Strömungswiderstandes im Abgasströmungsweg anzuordnen (DE-Z: IKZ 1977, Heft 4, Seiten 24, 26, 28 und 29; DE-Z: "Der Sanitärinstallateur und Heizungsbauer" 1976, Heft 1, Seiten 11 bis 13), jedoch ist der Zweck dieser Vorrich­ tungen verschieden von dem der vorliegenden Vorrichtung. Bei der bekannten Vorrichtung soll nämlich die Menge der durch die Strömungssicherung in den Abzug gelangen­ den Umgebungsluft bei Teillastbetrieb herabgesetzt werden. Die Umgebungsluft ist aufgeheizte Luft, so daß der Austritt dieser Luft durch die Strömungssi­ cherung und deren Abzug einen erheblichen Wärmeverlust bedeutet, der durch entsprechend höhere Heizleistung wieder ersetzt werden muß. Da der Eintritt der aufge­ wärmten Umgebungsluft in den Abzug ausschließlich durch die Strömungssicherung erfolgt, ist es absolut notwen­ dig, daß bei den bekannten Vorrichtungen die den Quer­ schnitt des Abzuges regelnde Abgasklappe stromabwärts der Strömungssicherung angeordnet ist. Diese Druck­ schriften können daher dem Fachmann keinen Hinweis darauf geben, eine entsprechende Abgasklappe strom­ aufwärts der Strömungssicherung anzuordnen.

Es ist weiterhin bekannt, stromaufwärts der Strömungs­ sicherung eine Abgasklappe anzuordnen (DE-Z: "Der Sani­ tärinstallateur und Heizungsbauer" 1976, Heft 1, Seiten 11 bis 13). Eine solche Abgasklappe kann jedoch nur in die Öffnungsstellung oder in die Schließstellung gebracht werden, irgendwelche Zwischenstellungen sind nicht vorgesehen. Der Grund liegt darin, daß diese be­ kannte Abgasklappe nur zum Vermeiden sogenannter Stillstandsverluste eingesetzt wird. Darunter werden die bei Brennerstillstand eintretenden Konvektionswärmeverluste verstanden. Dabei strömt kühle Raumluft von unten in den Verbrennungsraum ein, erwärmt sich an den gut leitenden heißen Innenflächen und ent­ weicht entweder über die Strömungssicherung in den Auf­ stellungsraum oder über den Schornstein ins Freie. Um diese Stillstandsverluste zu vermeiden, wird die be­ kannte Abgasklappe in Betriebspausen in die Schließ­ stellung verfahren, vor Aufnahme des Betriebes wird sie vollständig geöffnet. Anregungen dafür, durch Erhöhung des Strömungswiderstandes vor der Austritts­ öffnung die Luftzufuhr im Teillastbetrieb zu dosieren, sind daraus nicht zu entnehmen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Vorrichtung zum Erhöhen des Strömungswider­ standes eine Abgasklappe umfaßt, die in ihrer Schließ­ stellung den Querschnitt des Abgasströmungsweges im wesentlichen verschließt und bei einem Teillastbetrieb zwischen 50 und 60% der Vollast um etwa 50° gegenüber der Schließstellung verschwenkt ist. Damit ist es mög­ lich, eine bereits vorhandene Abgasklappe zur Vermei­ dung von Stillstandsverlusten zusätzlich zur Regelung der Luftzufuhr bei Teillastbetrieb zu verwenden.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeich­ nung der näheren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Verbrennungsvorrichtung mit einem Gas­ brenner im Vollastbetrieb;

Fig. 2 einen Ansicht ähnlich Fig. 1 mit einem Gasbrenner im Teillastbetrieb und

Fig. 3 ein Diagramm, in dem der feuerungstechnische Wirkungsgrad der Verbrennungsvorrichtung der Fig. 1 und 2 in Abhängigkeit von der Wärmebelastung aufgetragen ist.

In den Fig. 1 und 2 ist der Brennraum 1 einer Verbrennungsvorrichtung mit einem atmosphä­ rischen Gasbrenner schematisch dargestellt. In der Zeich­ nung ist der Brennraum 1 unten offen gezeichnet, so daß an seiner Unterseite Sekundärluft angesaugt werden kann, wie es durch die Pfeile A bzw. B an der Unterseite der Brenn­ räume angedeutet ist. Im Innern des Brennraumes befindet sich ein Gasbrenner 2, in welchem das Gemisch aus Gas und Pirmärluft zusammen mit der Sekundärluft verbrannt wird. Die heißen Verbrennungsgase strömen durch einen Wärmetau­ scher 3 und verlassen diesen durch eine Zwischenleitung 4, die in aus der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise über ei­ ne Strömungssicherung 7 zu einer Abgasleitung führt.

In der Zwischenleitung 4 befindet sich eine Abgasklappe 5, die um eine senkrecht zur Abgasströmungsrichtung angeord­ nete Achse 6 in der Mitte der Zwischenleitung verschwenk­ bar gelagert ist. Diese Abgasklappe 5 verschließt in einer in der Zeichnung nicht dargestellten Schließstellung, in welcher sie sich quer zur Strömungsrichtung erstreckt, die Zwischenleitung 4 im wesentlichen vollständig, und sie kann aus dieser Schließstellung bis in eine Offenstellung ver­ schwenkt werden, in der sie im wesentlichen parallel zum Abgasstrom steht (Fig. 1).

Beim Betrieb des atmosphärischen Gasbrenners der Fig. 1 und 2 wird die Abgasklappe 5 bei Vollast in diese voll­ ständig geöffnete Stellung gebracht, wie sich aus der Dar­ stellung der Fig. 1 ergibt. Damit steht dem Abgasstrom der gesamte Querschnitt der Zwischenleitung 4 zur Verfügung. Im Teillastbetrieb, der in Fig. 2 durch eine geringere An­ zahl der Gasflammen symbolisiert wird, obwohl in der Pra­ xis nicht die Zahl der Flammen herabgesetzt wird, sondern die Menge des zugeführten Gases und damit die Flammengröße, wird die Abgasklappe 5 jedoch gegenüber der Abgasströmungs­ richtung schräg gestellt (Fig. 2), so daß der dem Abgas­ strom effektiv zur Verfügung stehende Querschnitt der Zwi­ schenleitung 4 herabgesetzt wird. Diese Herabsetzung des Querschnittes der Zwischenleitung führt dazu, daß insgesamt weniger Sekundärluft in den Brennraum eingesaugt werden kann; dies ist in Fig. 2 durch jeweils nur einen Pfeil B symbolisiert, im Gegensatz zu zwei Pfeilen A im Vollastbe­ trieb (Fig. 1).

Diese geringere Sekundärluftzufuhr ist dabei genau auf den Luftbedarf abgestimmt, der sich aufgrund der verminderten Gaszufuhr zum Brenner ergibt, so daß wieder eine für die vollständige Verbrennung optimale Gaszusammensetzung ge­ bildet wird.

Die Abgasklappe 5 kann in verschiedenen Zwischenstellungen verfahren werden, so daß für unterschiedliche Gaszufuhren jeweils die optimale Sekundärluftzufuhr eingestellt werden kann.

Es ist dabei vorgesehen, daß die Abgasklappe 5 motorisch gesteuert wird, beispielsweise durch einen Stellmotor, der die Abgasklappe beim Reduzieren der Gaszufuhr (Teillastbe­ trieb) automatisch in die Zwischenstellung verschwenkt. Die Steuerung kann dabei so ausgebildet sein, daß die Abgas­ klappe bei ausgeschaltetem Brenner die Zwischenleitung voll­ ständig verschließt, bei Teillast in eine Schrägstellung verschwenkt wird und bei Vollast in der aus Fig. 1 ersicht­ lichen Weise parallel zum Abgasstrom steht.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie sich der feuerungstechnische Wir­ kungsgrad bei Teillastbetrieb durch die Drosselung des Zwischenleitungsquerschnittes gegenüber einer vollständig geöffneten Zwischenleitung verbessert. In der unteren Kurve ist der feuerungstechnische Wirkungsgrad als Funktion der Wärmebelastung für den Fall einer vollständig geöffneten Abgasklappe aufgetragen. Man erkennt, daß bei Vollast ein feuerungstechnischer Wirkungsgrad von etwa 90% erreichbar ist, während bei Teillast (50 bis 60%) der Wir­ kungsgrad auf etwa 86% absinkt. Diese Absenkung ist auf den Luftüberschuß zurückzuführen, der im Brennraum bei Teil­ last auftritt.

Wenn dagegen im Teillastbetrieb die Abgasklappe schräg gestellt wird, so daß der Querschnitt der Zwi­ schenleitung verringert wird, läßt sich der feuerungstech­ nische Wirkungsgrad bei Teillastbetrieb (50 bis 60%) auf, 90 bis 91% steigern. Es ist dabei überraschend, daß im Teillastbetrieb durch die beschriebene Maßnahme sogar noch höhere Wirkungsgrade erreichbar sind, als bei Voll­ lastbetrieb mit vollständig geöffneter Zwischenleitung, ob­ wohl im letzteren Falle schon eine Optimierung der Ver­ brennung vorgenommen worden ist.

Bei Zwischenleitungen mit kreisförmigem Querschnitt hat es sich als günstig erwiesen, bei einem Teillastbetrieb zwi­ schen 50 und 60% der Vollast die Abgasklappe etwa um 50° gegenüber der Schließstellung zu verschwenken.

Claims (2)

1. Verbrennungsvorrichtung mit einem in einem Brenn­ raum angeordneten atmosphärischen Gasbrenner, mit Öffnungen im Brennraum zum Ansaugen von der Ver­ brennung dienender Sekundärluft, mit einem im Ab­ gasweg angeordneten Wärmetauscher, einer Zwischen­ leitung und einer Strömungssicherung und mit einer im Abgasströmungsweg angeordneten Vorrichtung zum Erhöhen des Strömungswiderstandes bei Teillastbe­ trieb gegenüber Vollastbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Erhöhen des Strömungswider­ standes in Strömungsrichtung der Abgase gesehen vor der Strömungssicherung angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung zum Erhöhen des Strömungs­ widerstandes eine Abgasklappe umfaßt, die in ih­ rer Schließstellung den Querschnitt des Abgasströ­ mungsweges im wesentlichen verschließt und bei einem Teillastbetrieb zwischen 50 und 60% der Voll­ last um etwa 50° gegenüber der Schließstellung verschwenkt ist.