DE4445426A1 - Strahlungsbrenner mit einer gasdurchlässigen Brennerplatte - Google Patents
Strahlungsbrenner mit einer gasdurchlässigen BrennerplatteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsbrenner mit einer Brennerkammer und
einer gasdurchlässigen Brennerplatte aus Keramik oder Metall für gasbe
heizte Geräte, insbesondere für Kochfelder oder Einzelkochstellen, deren
Heizfläche aus Glaskeramik besteht.
Gasstrahlungsbrenner für Kochgeräte sind bekannt.
So wird zum Beispiel in der deutschen Patentschrift DE 24 40 701 C3 ein
Gasherd mit mehreren Kochstellen-Brennern beschrieben, die als gasbeheizte
Strahlbrenner mit perforierten Keramikplatten, an deren Oberfläche das Gas
flammenlos verbrennt, ausgebildet sind. Diese sind mit Abstand unterhalb
einer für alle Brenner gemeinsamen Glaskeramikplatte angeordnet. Der die
Brenner umgebende Raum ist dabei bis auf außerhalb der Glaskeramikplatte
und von der Gasherdbedienungsseite abliegende Öffnungen zum Abführen der
Verbrennungsgase allseitig geschlossen und jeder Brenner weist eine von
außen betätigbare Zündeinrichtung und zur Sicherung gegen Ausströmen un
verbrannten Gases eine Zündsicherung auf. Diese Erfindung ist dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen der Glaskeramikplatte und der Strahlfläche jeder
Brenner-Keramikplatte ein geringer Abstand von etwa 10 mm bis 15 mm ge
wählt ist, daß jeder Brenner in mindestens zwei Kammern unterteilt ist und
daß jede dieser Kammern mit einem die Verbrennungsluft ansaugenden Gasin
jektor ausgestattet ist.
Der DE 24 40 701 C3 liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasherd zu schaffen,
der einen hohen Wirkungsgrad besitzt, und bei Aufrechterhaltung dieses ho
hen Wirkungsgrades trotzdem eine gute Regelungsmöglichkeit in Bezug auf
unterschiedlichen Wärmebedarf gestattet.
Aus der US-PS 4,673,349 sind Gasstrahlungsbrenner mit Brennerplatten aus
poröser Keramik abzuleiten, die ein Porenvolumen von mehr als 30 Vol.-%
und einen mittleren Porendurchmesser von 25-500 µm aufweisen. Des wei
teren besitzen diese Brennerplatten eine Vielzahl durchgehender, von ein
ander 2-30 mm beabstandeter Kanäle mit hydraulischen Durchmessern von
0,05-5,0 mm, die senkrecht zur Verbrennungsoberfläche verlaufen.
Die poröse Keramik besteht dabei besonders aus einem Verbundwerkstoff, der
2-50 Gew.-% hitzebeständige anorganische, insbesondere keramische Fasern
enthalten kann.
Eine Heizeinrichtung mit einem Gasbrenner, der zwei unabhängig voneinander
mit Gas beaufschlagbare Brennkammern aufweist, die z. B. zueinander kon
zentrische Zonen im Kochzonenbereich begrenzen können, wird in der US-PS
4,083,355 beschrieben.
Die deutsche Patentschrift DE 40 22 846 C2 hat eine Vorrichtung zur Lei
stungssteuerung und -begrenzung bei einer Heizfläche aus Glaskeramik, ins
besondere bei einem Kochfeld zum Gegenstand, mit wenigstens einer Heizzone
mit einer Heizeinrichtung bestehend aus wenigstens zwei konzentrisch zu
einander angeordneten, unabhängig voneinander schalt- und steuerbaren
Heizelementen, die in der Heizzone zugeordnete, zueinander konzentrische
Bereiche begrenzen, mit wenigstens einem ringförmigen, konzentrischen, in
der Glaskeramikheizfläche durch parallele Leiterbahnen begrenzten Glaske
ramiktemperaturmeßwiderstand in jedem einem Heizelement zugeordneten Be
reich der Heizzone, sowie mit in Wirkverbindung mit den jeweils einem
Heizbereich zugeordneten Glaskeramiktemperaturmeßwiderständen stehende
Steuer- und Regeleinrichtungen zur Steuerung und Begrenzung der Leistungs
zufuhr zu dem jeweils zugeordneten Heizelement.
Aufgabe dieser DE 40 22 846 C2 ist es, neben einer zuverlässigen, mög
lichst flächendeckenden Temperaturüberwachung eine Anpassung der Lei
stungszufuhr an den örtlich unterschiedlichen Wärmeentzug zu ermöglichen.
Nach dem Stand der Technik werden als Brennerplatten poröse, perforierte
Keramikplatten oder Fasergeflechte aus Keramik oder Metall verwendet. Die
se Brennerplatten schließen die Misch- bzw. Brennerkammer nach oben ab, in
der das Gas-/Luftgemisch zugemischt wird. In der obersten Schicht der
Brennerplatte brennen kleine Flammen, durch welche die Brennerplatten zum
Glühen gebracht werden und als Heizstrahler wirken. Die Temperatur der
strahlenden Brennerplatten liegt zwischen etwa 900 und 950°C.
Gleichartige Gasstrahlungsbrenner werden auch in der Raumbeheizung, in
Heißwasseraufbereitern und in Trocknungssystemen eingesetzt. Generell wird
die ganze Fläche der Brennerplatte zum Leuchten gebracht; lediglich bei
Zweikreis-Brennern werden eine innere Kreisscheibe und ein äußerer Ring
brenner getrennt betrieben.
Nachteilig an den derzeitigen Konstruktionen ist, daß die Leistung entwe
der über die ganze Brennerplatte gleich verteilt ist, oder wenn der Bren
ner als Zweikreisbrenner mit getrennten Brennern und/oder mehreren Brenn
kammern ausgebildet ist, daß die Konstruktion aufwendig und teuer und dar
über hinaus ebenfalls nur sehr grob, in großen Bereichen regelbar ist.
In der Praxis günstig ist eine Absenkung der spezifischen Leistung in der
Mitte des Brenners, da es ansonsten im Betrieb zu einer starken Tempera
turerhöhung in der Brennermitte kommt. Die im praktischen Einsatz verwen
deten Kochgeschirre sitzen am Rande des Bodens auf und sind in der Boden
mitte nach oben gewölbt, wodurch ein dünnes Luftkissen entsteht. Durch
dieses Luftkissen ist die Wärmeabfuhr in der Mitte weniger groß als am
Rande und des kommt zu einer Temperaturspitze, wenn die Leistungsvertei
lung des Brenners gleichmäßig ist. Bei Heizelementen für elektrisch be
triebene Kochzonen wird aus diesem Grunde die Brennerleistung in der Mitte
gegenüber der mittleren spezifischen Leistung abgesenkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gebrauchssicheren Gasstrahlungs
brenner zur Verfügung zu stellen, der bei gleicher Gesamtleistung und ein
facher Bauweise eine kürzere Aufheizdauer bis zur ersten Sichtbarkeit der
glühenden Bereiche der Brennerplatte, bei einem gleichzeitig deutlich hel
leren Glühbild, benötigt und der eine an die Umgebungssituation des Ge
rätes, insbesondere an die Kochsituation und das Kochgeschirr sehr fein
und individuell anpaßbare verbesserte Temperaturverteilung gewährleistet.
Weiter sind es Aufgaben der Erfindung, einen möglichst geringen Verschnitt
des teueren Brennerplattenmaterials zu erreichen und die Möglichkeit anzu
bieten, kundenspezifische Ausführungsformen der Brennerplatte und Design
wünsche zu realisieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die gasdurchlässige
Brennerplatte Bereiche mit unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit aufweist,
wobei in bevorzugter Ausführungsform Bereiche der Brennerplatte keine Gas
durchlässigkeit mehr aufweisen.
Um eine Aufgabe der Erfindung, nämlich eine nur sehr kurze Aufheizdauer
bis zur ersten Sichtbarkeit der glühenden Bereiche der Brennerplatte zu
benötigen, besonders überzeugend zu lösen, sollten die Bereiche ohne Gas
durchlässigkeit 40% bis 70%, insbesondere 50% bis 60% der Gesamtfläche
der Brennerplatte ausmachen, wobei die Gesamtleistung des Brenners auch
mit den Bereichen unterschiedlicher, reduzierter oder ohne Gasdurchlässig
keit und damit abgesenkter Leistung in diesen Bereichen auf gleichem Lei
stungsniveau verbleibt.
Die Bereiche der Brennerplatte mit unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit
können dabei als kreis- oder ringförmige und konzentrisch zueinander ange
ordnete Zonen, als Kreisausschnitte oder Sektoren und/oder Segmente oder
auch spiralig verlaufend ausgebildet sein.
Dabei kann die Brennerplatte monolithisch aus einem Stück, oder aus einer
einstückigen Fasermatte bestehen, wobei den Bereichen unterschiedlicher
Gasdurchlässigkeit ein Werkstoff, aber mit unterschiedlichen Eigenschaf
ten, wie insbesondere unterschiedlicher Dichte und Porosität zuzuordnen
ist.
Beispielsweise lassen sich die Brennerplatten aus Fasermaterialien in
Teilbereichen so verdichten, daß an diesen Stellen kein Gas mehr durch
strömt und dieser Bereich inaktiv wird.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Brennerplatte mehr
teilig aus einzelnen diskreten Bereichen und/oder Zonen und/oder Sektoren
zusammengestellt.
Die Brennerplatten werden dann z. B. aus Segmenten zusammengesetzt, die in
einer Maske montiert werden. Hier läßt sich dann das Brennerplatten-Mate
rial besonders kostengünstig verwerten.
Runde Brennerplatten aus Metall- oder Keramikfasern wurden bisher nämlich
aus großen rechteckigen Platten dieses Materiales herausgeschnitten oder
gestanzt. Hierbei entsteht naturgemäß Verschnitt, der bei diesem teuren
Material besonders unerwünscht ist. Werden die Brennerplatten aber aus
Segmenten zusammengesetzt, kann dieser Verschnitt reduziert oder sogar
ganz vermieden werden.
Es ist aber auch möglich, daß den Bereichen der Brennerplatte mit unter
schiedlicher Gasdurchlässigkeit Bereiche mit unterschiedlichen Werkstoffen
zuzuordnen sind.
So können die gasdurchlässigen Bereiche der Brennerplatte z. B. in Form
von Sektoren aus Faserwerkstoffen, insbesondere aus SiC-Fasern gebildet
sein, und die Bereiche, die keine Gasdurchlässigkeit aufweisen aus dich
ten Al₂O₃- oder Cordierit-Segmenten bestehen. Die Segmente unterschiedli
cher Materialien werden dann zusammengesetzt und z. B. in einer Maske
montiert.
Bei allen bisher betrachteten Ausführungsformen resultieren die Bereiche
unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit durch chemische und/oder physikali
sche Unterschiede der Materialeigenschaften der monolithischen oder mehr
teilig aus einzelnen Bereichen aufgebauten Brennerplatte selbst.
Es ist aber auch möglich, daß die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchläs
sigkeit durch ein zweites, auf und/oder unter und/oder in der ganz oder
partiell gasdurchlässigen Brennerplatte angeordnetes Material, mit von der
Brennerplatte unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit ausgebildet sind.
Dabei kann das zweite Material ein anderer Werkstoff, insbesondere Al₂O₃,
oder der gleiche Werkstoff, insbesondere SiC mit anderen Dichte- oder Po
rösitätseigenschaften als die Brennerplatte selbst sein.
Die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit können aber auch durch
Beschichtungen mit einem temperaturbeständigen, gasundurchlässigem Mate
rial, insbesondere mit feinteiligem Al₂O₃ auf der Ober- und/oder Untersei
te der Brennerplatte realisiert sein, oder durch Masken, Abdeckungen oder
Abklebungen mit reduzierter oder ohne Gasdurchlässigkeit, insbesondere aus
Edelstahlblech gebildet sein, die auf die Ober- und/oder Unterseite und/
oder sandwichartig in der Brennerplatte positioniert sind.
In besonders bevorzugter Ausführungsform sind insbesondere die Masken wäh
rend des Betriebes der Brennerplatte von der Geräteaußenseite austausch-
und wechselbar angeordnet.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich die Bereiche unterschiedli
cher Gasdurchlässigkeit der Brennerplatte diskret und scharf voneinander
zu trennen oder kontinuierlich ineinander verlaufen zu lassen und so einen
weicheren Verlauf der Temperaturverteilung zu erreichen. Die erfindungsge
mäßen Gasstrahlungsbrenner erfüllen dann besonders effizient ihre Aufga
benstellung, wenn die gasdurchlässige Brennerplatte aus poröser Keramik,
aus keramischen, temperaturbeständigen Fasern, insbesondere aus SiC-Fasern
und/oder aus metallischen Fasern besteht.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren und der Ausführungsbei
spiele näher erläutert:
In Fig. 1 sind bevorzugte Ausführungsformen der abgedeckten Brennerplat
ten dargestellt. Fig. 1b und d zeigen Brenner mit radialen Kreissektoren
mit radial im wesentlichen konstantem Temperaturprofil, wobei bei Fig. 1d
der Mittenbereich abgesenkt ist. In Fig. 1c ist der Brenner in Kreisringe
aufgeteilt, so daß das radiale Temperaturprofil durch Wahl des Flächenver
hältnisses der abgedeckten zu den offenen Bereichen festgelegt werden
kann. Bei der Brennerplatte gemäß Fig. 1a ist lediglich der Mittenbereich
abgesenkt, wie dies bei Elektroheizkörpern üblich ist.
Eine Brennerplatte, wie sie z. B. die Firma Global Environmental
Solutions, Can Clemente, Californien vertreibt, aus SiC-Fasern (Nicalon,
Nippon Carbide) der Dicke 15 µm, die im CVD-Verfahren mit SiC miteinander
zu einem Formkörper gebunden wurden, wird auf 60% der Fläche gemäß Fig.
1b beschichtet.
Die Brennerplatte hat eine Dicke von 4 mm, einen Durchmesser von 180 mm
und eine Porosität von 90%. Sie wird auf der Oberseite, die im Betrieb
glüht, auf den abzudeckenden Bereichen mit Aluminiumoxid-Paste (901 Alumi
na Ceramic, Cotronics Corp., Brooklyn New York) beschichten. In gleicher
Art werden Brennerplatten gemäß Fig. 1a, c und d hergestellt.
Eine rechteckige SiC-Fasermatte, die wie oben dargestellt hergestellt wur
de, wird gemäß Fig. 2 mit nur geringem Verlustmaterial im Randbereich
aufgeschnitten. Dies ist mit Messern oder Stanzwerkzeugen möglich. Die
Segmente werden in Ringen aus Edelstahlblech (Typ 104301) der Dicke 2 mm
so montiert, daß ein Brenner der Form nach Fig. 1a entsteht. Durch die
Pressung wird eine ausreichende Dichtigkeit im Randbereich erzielt, so daß
keine visuell auffälligen zusätzlichen Flammenbereiche entstehen.
Die Vorteile der Erfindung sind:
- - exakt auf die Anforderungen einstellbarer Temperaturverlauf auf der Brennerplatte
- - einfache und sichere Bauweise
- - sofortige Erkennbarkeit des Betriebszustandes des Gerätes durch
- - sehr schnell ansprechende glühende Bereiche
- - sehr helles Glühbild
- - erhöhte Benutzersicherheit
- - geringerer Gasverbrauch
- - geringerer Verschnitt der teueren Brennerplatten-Materialien
- - kundenspezifische Ausführungsformen der Brennerplatten-Gestaltung.
Claims (19)
1. Strahlungsbrenner mit einer Brennerkammer und einer gasdurchlässigen
Brennerplatte aus Keramik oder Metall für gasbeheizte Geräte, insbe
sondere für Kochfelder oder Einzelkochstellen, deren Heizfläche aus
Glaskeramik besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gasdurchlässige Brennerplatte Bereiche mit unterschiedlicher
Gasdurchlässigkeit aufweist.
2. Strahlungsbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Bereiche der Brennerplatte keine Gasdurchlässigkeit aufweisen.
3. Strahlungsbrenner nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche ohne Gasdurchlässigkeit 40% bis 70%, insbesondere
50% bis 60% der Gesamtfläche der Brennerplatte ausmachen.
4. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtleistung des Brenners, trotz der Bereiche mit unter
schiedlicher, insbesondere reduzierter oder ohne Gasdurchlässigkeit
und damit abgesenkter Leistung in diesen Bereichen, auf gleichem Ni
veau gehalten wird.
5. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche der Brennerplatte mit unterschiedlicher Gasdurchläs
sigkeit als kreis- oder ringförmige und konzentrisch zueinander ange
ordnete Zonen oder spriralig verlaufend ausgebildet sind.
6. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche der Brennerplatte mit unterschiedlicher Gasdurchläs
sigkeit als Kreisausschnitte oder Sektoren und/oder Segmente ausgebil
det sind.
7. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennerplatte monolithisch aus einem Stück, oder aus einer
einstückigen Fasermatte besteht.
8. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennerplatte mehrteilig aus einzelnen diskreten Bereichen
und/oder Zonen und/oder Sektoren zusammengestellt ist.
9. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Bereichen unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit ein Werkstoff
mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie insbesondere unterschiedli
cher Dichte und Porosität zuzuordnen ist.
10. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß den Bereichen der Brennerplatte mit unterschiedlicher Gasdurchläs
sigkeit Bereiche mit unterschiedlichen Werkstoffen zuzuordnen sind.
11. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit durch chemische
und/oder physikalische Unterschiede der Materialeigenschaften der mo
nolithischen oder mehrteilig aus einzelnen Bereichen aufgebauten Bren
nerplatte selbst resultieren.
12. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit durch ein zwei
tes, auf und/oder unter und/oder in der ganz oder partiell gasdurch
lässigen Brennerplatte angeordnetes Material, mit von der Brennerplat
te unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit ausgebildet sind.
13. Strahlungsbrenner nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Material ein anderer Werkstoff, insbesondere Al₂O₃,
oder der gleiche Werkstoff, insbesondere SiC mit anderen physikali
schen Eigenschaften als die Brennerplatte ist.
14. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 12 und 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit durch Beschich
tungen mit einem temperaturbeständigen, gasundurchlässigen Material,
insbesondere mit feinteiligem Al₂O₃ auf der Ober- und/oder Unterseite
der Brennerplatte realisiert werden.
15. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 12 und 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit durch Masken,
Abdeckungen oder Abklebungen mit reduzierter oder ohne Gasdurchlässig
keit, insbesondere aus Edelstahlblech gebildet sind, die auf die Ober
und/oder Unterseite der Brennerplatte aufgebracht sind.
16. Strahlungsbrenner nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß insbesondere Masken während des Betriebes der Brennerplatte von
der Geräteaußenseite austausch- und wechselbar angeordnet sind.
17. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit der Brennerplat
te diskret voneinander getrennt sind.
18. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bereiche unterschiedlicher Gasdurchlässigkeit der Brennerplat
te kontinuierlich ineinander verlaufen.
19. Strahlungsbrenner nach den Ansprüchen 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gasdurchlässige Brennerplatte aus poröser Keramik, aus kerami
schen, temperaturbeständigen Fasern, insbesondere aus SiC-Fasern und/
oder aus metallischen Fasern besteht.
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