DE4329194A1 - Gasbrennerkombination und Verfahren zu seiner Zündung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasbrenner­ kombination und ein Verfahren zu seiner Zündung, wo­ bei der Strahlungshauptbrenner und der Zündbrenner daßelbe gasdurchlässige Element, vorzugsweise eine perforierte Keramikplatte, als Flammenaustrittsfläche nutzen und Strahlungshauptbrenner und Zündbrenner eine konstruktive und funktionelle Einheit bilden.

Die Erfindung ist anwendbar in Heizgeräten und zur Warmwasserbereitung.

Atmosphärische Strahlungsbrenner mit einer Flammen­ austrittsfläche aus Keramik und überstöchiometrischer Vormischung von Brenngas und Verbrennungsluft am In­ jektor sind bekannt (DE 41 16 898 A1). Die Zündung derartiger Brenner erfolgt direkt über Glühzünder, Funkenzünder oder indirekt über konventionelle atmosphärische Zündbrenner, welche wiederum durch einen Piezozünder gezündet werden (DE 21 06 453).

Derartige Strahlungsbrenner werden vorwiegend zur Hallenbeheizung und für Campingheizungen eingesetzt. Die Verbrennung findet bei diesen Anwendungen nicht in einem geschlossenen Verbrennungsraum, sondern im Freibrand statt, um einen hohen Strahlungswirkungs­ grad zu erreichen.

Vorteile von Strahlungsbrennern mit einer Flammenaus­ trittsfläche aus Keramik sind geringe Schadstoffemis­ sionen, insbesondere NOx-Emissionen, und die überstö­ chiometrische Vormischung von Verbrennungsluft und Brenngas, welche eine nahezu konstante Luftvormi­ schung über den gesamten Leistungsbereich des Bren­ ners gewährleistet.

Gasraumheizer, direkt beheizte Warmwasserbereiter und ähnliche Gasgeräte besitzen in der Regel atmosphäri­ sche Brenner, die einen hohen Anteil an Sekundärluft benötigen. Die Verbrennung findet bei diesen Geräten in einer geschlossenen Verbrennungskammer statt. Der hohe Sekundärluftanteil an der Verbrennung bedingt eine Erhöhung des Luftanteils im Abgas bei Reduzie­ rung der Brennerleistung (Kleinbrand), wodurch der feuerungstechnische Wirkungsgrad sinkt.

Durch Einsatz von Strahlungsbrennern mit einer Flam­ menaustrittsfläche aus Keramik in derartigen Geräten könnten sich folgende Vorteile ergeben:

• - erhebliche Verringerung der Schadstoffemissio­ nen,
• - Verbesserung des Wärmeübergangs durch die Wärme­ strahlung,
• - Erhöhung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades bei Kleinbrand, durch reinen primärluftbetrieb des Brenners.

Will man diese Vorteile nutzen, ergeben sich jedoch Probleme bei der Zündung des Brenners. Glühzünder und Funkenzünder erfordern einen Stromanschluß der Geräte und sind mit erheblichen Kosten verbunden. Konventio­ nelle Zündbrenner benötigen, um eine stabile Flamme zu bilden, Sekundärluft. Diese steht jedoch in der Nähe der Flammenaustrittsfläche des Strahlungsbren­ ners nicht in ausreichender Menge zur Verfügung. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die für die Verbren­ nung erforderliche Luft direkt dem Injektor des Hauptbrenners zugeführt wird, was für die Erhöhung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades bei Klein­ brand erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Strahlungsbrenner wie geringe Schad­ stoffemissionen, guter Wärmeübergang und hoher Wir­ kungsgrad auch bei Kleinbrand durch Schaffung einer einfachen, effektiven und sicheren Zündeinrichtung für Gasraumheizer und direkt beheizte Warmwasserbe­ reiter und ähnliche Geräte zu erschließen sowie den Anwendungsbereich herkömmlicher Strahlungsbrenner zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 15 in Verbindung mit den Merkmalen der jeweiligen Oberbegriffe. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den Einsatz eines Zündbrenners, welcher als überstöchiometrisch vormischender Brenner ausgebildet ist und mit dem Strahlungshauptbrenner eine bauliche und funktionelle Einheit bildet und die Nutzung des­ selben gasdurchlässigen Elementes als Flammenaus­ trittsfläche für den Zündbrenner und den Strahlungs­ hauptbrenner atmosphärische Strahlungsbrenner in Ge­ räte mit geschlossener Verbrennungskammer eingesetzt werden können und ohne aufwendige Zündeinrichtungen ein gutes Überzünden vom Zündbrenner auf den Strah­ lungshauptbrenner erreicht wird. Der Zündbrenner wird in einfacher Weise piezoelektrisch gezündet und die Flamme thermoelektrisch überwacht. Die Vorteile der Strahlungsbrenner gegenüber konventionellen Brennern können so in vollem Umfang ausgenutzt werden. Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Gasbrennerkombination in Gasraumheizern ergeben sich beispielsweise eine Reduzierung der NOx-Emission um 80% und eine Erhö­ hung des feuerungstechnischen Wirkungsgrades bei Kleinbrand um 8% gegenüber konventionellen Geräten.

Brenner, Zündbrenner sowie die Zünd- und Überwa­ chungseinrichtungen bilden eine konstruktive und funktionelle Einheit, wodurch die Einstellung und Funktionsprüfung erheblich vereinfacht wird.

Das Mischrohr und der Injektor des Zündbrenners kön­ nen direkt neben dem Injektor des Strahlungshaupt­ brenners angeordnet werden, wodurch die für die Ver­ brennung erforderliche Luft direkt dem Injektor zu­ geführt werden kann.

Gemäß mehrerer konstruktiver Lösungsvarianten ist es möglich, daß der Verteilungsraum des Zündbrenners im Verteilungsraum des Strahlungshauptbrenners oder der Verteilungsraum und das Mischrohr des Zündbrenners im Verteilungsraum des Strahlungshauptbrenners oder der Verteilungsraum des Zündbrenners im Verteilungsraum des Hauptbrenners und das Mischrohr des Zündbrenners im Mischrohr des Strahlungshauptbrenners oder der Verteilungsraum des Zündbrenners im Verteilungsraum des Strahlungshauptbrenners und das Mischrohr des Zündbrenners im Bereich des Injektors des Strahlungs­ hauptbrenners angeordnet ist.

Strahlungshaupt- und Zündbrenner sind gasdicht von­ einander getrennt. Dies wird realisiert durch Abdich­ tung des Verteilungsraumes des Zündbrenners zur Flam­ menaustrittsfläche durch eine Dichtung aus tempera­ turbeständigen Dichtstoffen oder die Formgebung von Verteilungsraum und Flammenaustrittsfläche. Vertei­ lungsraum und Mischrohr des Zündbrenners können aus Drehteilen oder aus gezogenen Blechteilen bestehen. Die Mischrohre und Verteilungsrohre von Zündbrenner und Strahlungshauptbrenner können von einem Gehäuse aus Guß gebildet werden.

Durch die Verwendung eines perforierten und/oder po­ rösen Keramikelementes als Flammenaustrittsfläche für den Zündbrenner und den Strahlungshauptbrenner ergibt sich der Vorteil, daß ein Durchschlagen der Flamme in die Verteilungsräume der Brenner durch die im Durch­ messer kleinen, aber relativ langen Poren wirksam verhindert wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung resultiert aus der Anwendbarkeit auch bei Strahlungsbrennern für Cam­ pingheizungen und anderen Heizungen ohne Verbren­ nungskammer und Abgasführung. Diese werden in der Regel mit konventionellen Zündbrennern gezündet. Um einen einwandfreien Betrieb derartiger Geräte zu ge­ währleisten, ist es erforderlich, Brenner und Zünd­ brenner genau zu positionieren. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Gasbrennerkombination in derartigen Geräten ist es möglich, die Gasbrennerkombination um die horizontale und vertikale Achse beliebig zu schwenken, wodurch die Wärmestrahlung in die ge­ wünschte Richtung gelenkt werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von in den Fi­ guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er­ läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Gasbren­ nerkombination,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrö­ ßerter Darstellung,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Gasbrennerkom­ bination und

Fig. 4 eine Vorderansicht auf die Gasbrenner­ kombination.

Aus dem in Fig. 1 dargestellten Längsschnitt ist der Grundaufbau der Gasbrennerkombination ersichtlich. Die Funktion wird in einer Zusammenschau der Fig. 1 bis 4 erläutert. Der Verteilungsraum 3 des Zünd­ brenners I besteht aus einem Drehteil und ist in den Verteilungsraum 6 des Strahlungshauptbrenners II in­ tegriert. Das Mischrohr 2 des Zündbrenners I, eben­ falls als Drehteil ausgebildet, ist durch die Wandung des Verteilungsraumes 6 des Strahlungshauptbrenners II hindurch in den Verteilungsraum 3 des Zündbrenners I geschraubt (siehe auch Fig. 2). Die Flammenaus­ trittsfläche 7a und 7b des gasdurchlässigen Elementes 7 besteht aus perforierter Keramik und ist mittels Silikonklebstoff in den Verteilungsraum 6 des Strah­ lungshauptbrenners II eingeklebt. Das gasdurchlässige Element 7 kann aus mehreren Einzelsegmenten bestehen. Die Abdichtung zwischen dem Verteilungsraum 3 des Zündbrenners I und der Flammenaustrittsfläche 7a er­ folgt ebenfalls mittels Silikonklebstoff, wodurch gleichzeitig eine gasdichte Trennung zwischen dem Strahlungshauptbrenner II und dem Zündbrenner I ge­ währleistet wird. Die Mischrohre 5 und 2 von Strah­ lungshauptbrenner II und Zündbrenner I sind so ange­ ordnet, daß sich der Injektor 4 des Strahlungshaupt­ brenners II und der Injektor 1 des Zündbrenners I auf derselben Seite befinden. Dadurch ist es möglich, die für die Verbrennung erforderliche Luft nur von dieser Seite zuzuführen. Die Gaszufuhr erfolgt ebenfalls von dieser Seite. Ein geeignetes Mehrfachstellglied sorgt dafür, daß zur Inbetriebnahme der Gasbrennerkombina­ tion zunächst nur der Zündgasweg geöffnet werden kann. Wurde der Zündbrenner I mittels Piezozünder, Batteriezündung oder ähnlichem gezündet und liefert das Thermoelement 8 einen ausreichenden Haltestrom, bleibt der Magneteinsatz in Offenstellung. Ein nach­ geschalteter Temperaturregler im Mehrfachstellglied gibt bei Wärmeanforderung den Gasweg zum Strahlungs­ hauptbrenner II frei. Der Strahlungshauptbrenner II wird dann sofort durch den brennenden Zündbrenner I gezündet. Besteht kein Wärmebedarf mehr, wird der Hauptgasweg geschlossen, jedoch bleibt die Zündgas­ leitung offen, so daß der Zündbrenner weiterbrennt. Das Thermoelement 8 und die Zündelektrode 9 sind oberhalb der Flammenaustrittsfläche 7a im Bereich des Zündbrenners I angeordnet. Strahlungshauptbrenner II und Zündbrenner I bilden somit eine selbständige funktionelle und konstruktive Einheit. Die Brenner­ kombination kann sowohl im Freibrand, als auch in einem geschlossenen Heizkörper bzw. an diesem ange­ flanscht betrieben werden.

Claims (17)

1. Gasbrennerkombination, bestehend aus einem über­ stöchiometrisch vormischenden, atmosphärischen Strahlungshauptbrenner und einem mit einer Zünd­ sicherung und einer separaten Zündgaszufuhr ver­ sehenen Zündbrenner, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündbrenner (I) ein überstöchiometrisch vormischender Brenner ist, welcher mit dem Strahlungshauptbrenner (II) eine bauliche und funktionelle Einheit bildet und der Zündbrenner (I) für seine Flammenaustrittsfläche (7a) sowie der Strahlungshauptbrenner (II) für seine Flam­ menaustrittsfläche (7b) dasselbe gasdurchlässige Element (7) nutzen.

2. Gasbrennerkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasdurchlässige Element (7) ein perforiertes und/oder poröses Keramik­ element ist.

3. Gasbrennerkombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gasdurchlässige Element (7) aus mehreren Einzelsegmenten besteht.

4. Gasbrennerkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (3) des überstöchiometrisch vormischenden Zündbrenners (I) im Verteilungsraum (6) des Strahlungshaupt­ brenners (II) angeordnet ist.

5. Gasbrennerkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (3) und das Mischrohr (2) des Zündbrenners (I) im Ver­ teilungsraum (6) des Strahlungshauptbrenners (II) angeordnet sind.

6. Gasbrennerkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (3) des Zündbrenners (I) im Verteilungsraum (6) des Strahlungshauptbrenners (II) und das Mischrohr (2) des Zündbrenners (I) im Mischrohr (5) des Strahlungshauptbrenners (II) angeordnet ist.

7. Gasbrennerkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (3) des Zündbrenners (I) im Verteilungsraum (6) des Strahlungshauptbrenners (II) und das Mischrohr (2) des Zündbrenners (I) im Bereich des Injek­ tors (4) des Strahlungshauptbrenners (II) ange­ ordnet ist.

8. Gasbrennerkombination nach einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungshauptbrenner (II) und der Zünd­ brenner (I) gasdicht voneinander getrennt sind.

9. Gasbrennerkombination nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (3) des Zündbrenners (1) zur Flammenaustrittsfläche (7a) durch eine Dichtung aus temperaturbeständigen Dichtstoffen abgedichtet ist.

10. Gasbrennerkombination nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilungsraum (3) des Zündbrenners (I) zur Flammenaustrittsfläche (7a) durch die Formgebung von Verteilungsraum (3) und Flammenaustrittsfläche (7a) abgedichtet ist.

11. Gasbrennerkombination nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Verteilungs­ raum (3) und Mischrohr (2) des Zündbrenners (I) aus Drehteilen bestehen.

12. Gasbrennerkombination nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Verteilungs­ raum (3) und Mischrohr (2) des Zündbrenners (I) aus gezogenen Blechteilen bestehen.

13. Gasbrennerkombination nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertei­ lungsräume (3 und 6) von Zündbrenner (I) und Strahlungshauptbrenner (II) von einem Gehäuse aus Guß gebildet werden.

14. Gasbrennerkombination nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischroh­ re (2 und 5) und Verteilungsräume (3 und 6) von Zündbrenner (I) und Strahlungshauptbrenner (II) von einem Gehäuse aus Guß gebildet werden.

15. Verfahren zur Zündung eines überstöchiometrisch vormischenden, atmosphärischen Gasstrahlungs­ hauptbrenners, ausgerüstet mit einer Zündsiche­ rung und einer separaten Zündgaszufuhr für einen Zündbrenner, wobei zur Inbetriebnahme zunächst nur die Zündgaszufuhr und erst nach Zündung des Zündbrenners und Offenhalten der Zündsicherung auch der Gasweg zum Strahlungshauptbrenner ge­ öffnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß an einem in den Strahlungshauptbrenner inte­ grierten und vom Strahlungshauptbrenner gasdicht getrennten überstöchiometrisch vormischenden Zündbrenner eine Zündflamme gezündet wird und diese Zündflamme über ein dem Strahlungshaupt­ brenner und dem Zündbrenner als Flammenaus­ trittsfläche gemeinsames gasdurchlässiges Ele­ ment den Strahlungshauptbrenner nach Freigabe des Hauptgasweges zündet.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß das gemeinsame gasdurchlässige Element ein perforiertes und/oder poröses Keramikelement ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zündung des Zündbrenners piezoelek­ trisch erfolgt.