DE4329195A1 - Gasheizgerät und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasheizgerät und ein Ver­ fahren zu seinem Betrieb und ist anwendbar insbeson­ dere bei Gasgeräten mit einem oder mehreren atmosphä­ rischen, überstöchiometrisch vormischenden Gasbren­ nern, einem konvektiven Wärmetauscher und einem Schornsteinanschluß mit Strömungssicherung oder einer Luft-/Abgasführung durch die Außenwand.

Gasheizgeräte zur Einzelraumbeheizung sind bekannt und besitzen in der Regel atmosphärische Brenner. Gebläsebrenner kommen nur selten zum Einsatz, da sie einen Elektroanschluß benötigen und erheblich höhere Kosten mit sich bringen. Die atmosphärischen Brenner benötigen in der Regel zu ihrem Betrieb Sekundärluft. Diese Luft wird über Öffnungen im unteren Bereich des Heizkörpers dem Verbrennungsraum zugeführt, umspült den Brenner und vermischt sich mit dem aus der Flam­ menaustrittsfläche austretenden Brenngas/Luftgemisch.

Gasraumheizer können in mehreren Laststufen betrieben werden. Die Strömungsquerschnitte sind so ausgelegt, daß sich bei Vollast eine optimale Luftzahl ergibt. Bei Kleinbrand sind diese Querschnitte im Verhältnis zum Abgasmassenstrom zu groß, was zu hohen Luftzahlen und damit zu einem erheblich niedrigeren Wirkungsgrad führt. Technische Lösungen zur Regelung der Luftzahl sind zwar bekannt, haben sich in der Praxis jedoch nicht bewährt.

So beschreibt die DE 37 40 997 A1 ein Verbrennungs­ verfahren und einen Brenner, bei dem durch eine Ab­ schirmung des Flammenfußes und damit einer gezielten Führung der Sekundärluft eine Absenkung der Schad­ stoffemission erreicht werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gas­ heizgerät zu schaffen, welches einfach und kostengün­ stig ohne störanfällige mechanische Maßnahmen und Bauteile hergestellt werden kann und einen hohen Wir­ kungsgrad bei geringer Schadstoffemission aufweist. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und technische Realisierungsmöglichkeiten zur Erhö­ hung speziell des Kleinbrand-Wirkungsgrades von Gas­ heizgeräten zu schaffen sowie den Einsatz von Strah­ lungsbrennern zu ermöglichen und zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 9 in Verbindung mit den Merkmalen der Oberbegriffe. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Dadurch, daß durch den Wärmetauscher, den Brenner und eine Zwischenabdeckung ein geschlossener Verbren­ nungsraum gebildet wird, wird erreicht, daß die am Verbrennungsprozeß beteiligte Luft ausschließlich über den Injektor durch das Mischrohr und die Flam­ menaustrittsfläche des Brenners in den Verbrennungs­ raum gelangt. Der Heizkörper besitzt keine weiteren Öffnungen zur Luftzufuhr.

Die Ausbildung des Wärmetauschers als Stranggußprofil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung führt zu einer Verringerung des Fertigungsaufwandes für den Heizkörper. Die Anordnung einer Vielzahl von Rippen an dem Wärmetauscher ermöglicht durch die Vergröße­ rung der Oberfläche ein geringes Volumen bei gleicher Wärmeabstrahlung.

Die bei Kleinbrand geringere Injektorwirkung des über den Injektor in das Mischrohr strömenden Brenngases bewirkt eine Verringerung des mitgesaugten Luftstro­ mes gegenüber Vollast. Dadurch ergibt sich eine Luft­ zahl, die wesentlich niedriger liegt als bei konven­ tionellen Geräten, was zu einer Wirkungsgraderhöhung um etwa 5% führt.

Eingesetzt wird erfindungsgemäß ein überstöchiome­ trisch vormischender Brenner, welcher einen ebenfalls überstöchiometrisch vormischenden Zündbrenner be­ sitzt. Vorzugsweise ist dieser Brenner als kerami­ scher Strahlungsbrenner ausgebildet, wobei der Zünd­ brenner in den Verteilungsraum des Strahlungsbrenners integriert ist, so daß Brenner und Zündbrenner eine bauliche und funktionelle Einheit bilden und dieselbe Flammenaustrittsfläche nutzen.

Bei Einsatz eines derartigen Brenners ergibt sich ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung. Kera­ mische Strahlungsbrenner neigen bei Kleinbrand (< 50% der Nennleistung) zum Flackern, d. h. die Flammen heben ab und wandern über die Flammenaus­ trittsfläche, die Keramik kühlt sich ab, es kommt zu einer Erhöhung der CO-Emission.

Dieser Effekt wird maßgeblich durch Sekundärluft ver­ ursacht, da diese zu Verwirbelungen oberhalb der Flammenaustrittsfläche führt und die Keramikplatte kühlt.

Wird dem Verbrennungsraum entsprechend der Erfindung keine Sekundärluft zugeführt, kann die Brennerlei­ stung bis auf 30% der Nennleistung gesenkt werden, ohne daß der beschriebene Effekt auftritt. Da bei Gasraumheizern die Forderung nach einer Kleinbrand- Wärmeleistung von 30% der Nennwärmeleistung besteht, wird es erst durch die beschriebene Lösung möglich, in diesen Geräten keramische Strahlungsbrenner ein­ zusetzen und damit deren Vorteile, geringe NOx-Emis­ sionen und Wärmeübertragung durch Strahlung, zu nut­ zen.

Zusammenfassend ergeben sich durch das erfindungsge­ mäße Verbrennungsverfahren folgende Vorteile:

• - Erhöhung des Wirkungsgrades bei Kleinbrand um ca. 5%,
• - Ermöglichung des Einsatzes von keramischen Strahlungsbrennern mit einer Kleinbrandwärmelei­ stung von 30% der Nennwärmeleistung,
• - Nutzung der Vorteile keramischer Strahlungsbren­ ner wie geringe NOx-Emission und Wärmeübertra­ gung durch Strahlung bei Gasraumheizern.

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

Fig. 1, 2 und 3 Ansichten eines Gasraumheizers in einer Ausführung mit Schornstein­ anschluß,

Fig. 4, 5 und 6 Ansichten eines Gasraumheizers mit raumluftunabhängiger Be­ triebsweise.

Wie in Fig. 3 und 6 dargestellt, besteht der Heiz­ körper im wesentlichen aus einem Wärmetauscher 1, welcher als Aluminiumstranggußprofil ausgebildet ist, einer Zwischenabdeckung 2, welche als Zwischenblech ausgebildet ist und einem Rückwandblech 3. Der Bren­ ner 4 ist im unteren Bereich des Heizkörpers mit ei­ ner Neigung von ca. 30° zur Vertikalen an das Rück­ wandblech 3 angeflanscht. Der Brenner 4 ist ein überstöchiometrisch vormischender Brenner, in dessen Verteilungsraum ein ebenfalls überstöchiometrisch vormischender Zündbrenner derart integriert ist, daß Brenner 4 und Zündbrenner eine bauliche und funktio­ nelle Einheit bilden und dieselbe Flammenaustritts­ fläche 8 nutzen. Dabei ist der Brenner 4 als Strah­ lungsbrenner mit einer Flammenaustrittsfläche 8 aus perforierter und/oder poröser Keramik ausgebildet. Durch den Wärmetauscher 1, den Brenner 4 und die Zwi­ schenabdeckung 2 wird ein geschlossener Verbrennungs­ raum 7 gebildet, welcher keine Öffnungen zur Sekun­ därluftzufuhr aufweist, so daß die am Verbrennungs­ prozeß beteiligte Luft ausschließlich durch die Flam­ menaustrittsfläche 8 über den Injektor 6 und das Mischrohr des Brenners 4 in den Verbrennungsraum 7 geführt wird. Der Wärmetauscher 1 weist eine Vielzahl von Rippen 9a, 9b . . . 9n auf und ist mit dem Zwi­ schenblech 2 mit zu Wartungszwecken lösbaren Verbin­ dungen mit dem Rückwandblech 3 verbunden. Die Abdich­ tung erfolgt mittels einer flexiblen Dichtschnur. Der Zwischenraum zwischen Rückwandblech 3 und Zwischen­ blech 2 dient beim Schornsteingerät gemäß der Fig. l bis 3 als Strömungssicherung und bei der raumluftun­ abhängigen Bauweise gemäß der Fig. 4 bis 6 zur Füh­ rung der Verbrennungsluft. Der Wärmetauscher 1 des Heizkörpers für raumluftunabhängige Betriebsweise gemäß Fig. 6 besitzt einen weiteren Kanal 5, welcher die Verbrennungsluft direkt zum Injektor 6 des Bren­ ners 4 zuführt. Durch die Bauweise des Heizkörpers ist sichergestellt, daß die Verbrennungsluft aus­ schließlich durch den Injektor 6 des Brenners 4 in den Heizkörper gelangt. Das Gesamtgerät ist so kon­ struiert, daß Rückwand 3, Brenner 4 und Gasarmatur eine Funktionseinheit bilden. Der als Stranggußprofil ausgebildete Wärmetauscher 1 kann demontiert werden, um bei Wartungsarbeiten die Funktion des Brenners 4 zu überprüfen bzw. die werkseitige Funktionsprüfung und Einstellung der Wärmebelastung vorzunehmen.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind weite­ re konstruktive Ausgestaltungen möglich, ohne das Grundprinzip der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

1. Gasheizgerät mit mindestens einem atmosphäri­ schen Gasbrenner und einem konvektiven Wärmetau­ scher, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Wärmetauscher (1), den Brenner (4) und eine Zwischenabdeckung (2) ein geschlossener Verbrennungsraum (7) gebildet wird, welcher kei­ ne Öffnungen zur Sekundärluftzufuhr aufweist, so daß die am Verbrennungsprozeß beteiligte Luft ausschließlich durch die Flammenaustrittsfläche (8) über den Injektor (6) und das Mischrohr des Brenners (4) in den Verbrennungsraum (7) geführt wird.

2. Gasheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmetauscher (1) aus einem Stranggußprofil gebildet ist.

3. Gasheizgerät nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Stranggußprofil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

4. Gasheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brenner (4) als Strahlungs­ brenner mit einer Flammenaustrittsfläche (8) aus perforierter und/oder poröser Keramik ausgebil­ det ist.

5. Gasheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brenner (4) ein überstöchiome­ trisch vormischender Brenner ist, in dessen Ver­ teilungsraum ein ebenfalls überstöchiometrisch vormischender Zündbrenner derart integriert ist, daß Brenner (4) und Zündbrenner eine bauliche und funktionelle Einheit bilden und dieselbe Flammenaustrittsfläche (8) nutzen.

6. Gasheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abdichtung des Verbrennungs­ raumes (7) mittels flexibler Dichtschnur er­ folgt.

7. Gasheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) eine Vielzahl von Rippen (9a, 9b . . . 9n) auf­ weist.

8. Gasheizgerät nach einem der voranstehenden An­ sprüche für Raumluft unabhängige Betriebsweise, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (1) einen, vom Verbrennungsraum (7) getrennten vertikalen Kanal (5) aufweist, welcher Luft vom Zuluftstutzen des Gerätes zum Injektor (6) des Brenners (4) leitet.

9. Verfahren zum Betrieb eines Gasheizgerätes mit mindestens einem atmosphärischen Gasbrenner und einem konvektiven Wärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die am Verbrennungsprozeß beteiligte Luft dem Verbrennungsraum ausschließlich durch die Flammenaustrittsfläche über den Injektor und das Mischrohr des Brenners zugeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Einstellung auf Kleinbrand der Im­ puls am Injektor des bzw. der Brenner verringert wird und eine Verringerung des den Heizkörper durchströmenden Luftmassenstromes realisiert.