EP3293455B1 - Gasbrenner - Google Patents

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EP3293455B1
EP3293455B1 EP17190284.4A EP17190284A EP3293455B1 EP 3293455 B1 EP3293455 B1 EP 3293455B1 EP 17190284 A EP17190284 A EP 17190284A EP 3293455 B1 EP3293455 B1 EP 3293455B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current sensor
burner
ionization current
hole structure
gas
Prior art date
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Active
Application number
EP17190284.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3293455A1 (de
Inventor
Sebastian Hack
Eugen Gleim
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Viessmann Climate Solutions SE
Original Assignee
Viessmann Werke GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Viessmann Werke GmbH and Co KG filed Critical Viessmann Werke GmbH and Co KG
Publication of EP3293455A1 publication Critical patent/EP3293455A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3293455B1 publication Critical patent/EP3293455B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/101—Flame diffusing means characterised by surface shape
    • F23D2203/1012—Flame diffusing means characterised by surface shape tubular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/102—Flame diffusing means using perforated plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2208/00—Control devices associated with burners
    • F23D2208/10—Sensing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications
    • F23D2212/20—Burner material specifications metallic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/10—High or low fire

Definitions

  • the invention relates to a gas burner according to the preamble of claim 1.
  • a gas burner of the type mentioned is from the patent document EP 2 167 876 B1 known.
  • This gas burner consists of a burner interior and a distributing device delimiting it, through which a gas-air mixture can flow and which has an inner surface facing the burner interior with a hole structure and a burner surface facing away from the burner interior with a hole structure for the gas-air mixture burning as a flame, the burner surface
  • a rod-shaped ionization current sensor also called ionization electrode
  • a first surface area of the burner surface that is closest to the ionization current sensor has a hole structure with a smaller degree of opening and a second surface area with one on both sides of the first surface area and parallel to the ionization current sensor a larger opening having a hole structure is provided.
  • the distribution device basically consists of two perforated plates with different hole structures, which are arranged at a distance from one another.
  • Further gas burners with a modified hole structure in the area of an ionization current sensor are from the documents WO2014067744 A1 and EP2649372 A1 known.
  • Degree of opening is to be understood here and also below as a ratio between the open and closed area related to a base area. If, for example, a base area of 100 mm 2 has openings with a total area of 50 mm 2 , their degree of opening is obviously greater than with a base area of the same size with openings with a total area of 25 mm 2 .
  • the invention is based on the object of improving a gas burner of the type mentioned at the beginning.
  • the degree of modulation ratio of minimum to maximum output
  • the degree of modulation ratio of minimum to maximum output that has hitherto been customary in a gas burner is to be increased to up to 1:20.
  • the hole structure of the inner surface of the distribution device opposite the ionization current sensor is designed to be constant, viewed in the axial direction of the ionization current sensor.
  • the hole structure of the inner surface located on a guide plate varies in the axial direction of the ionization current sensor (see in particular FIG. 4 of the patent document mentioned).
  • the ionization current sensor is located in flame areas of different intensity during operation of the burner.
  • the lower area in FIG. 4 has a larger, the upper area a smaller degree of opening.
  • the lower area ensures in the lower power range, the upper area in the upper power range a sufficient flame length to be able to monitor the presence of the flame with the help of the ionization current sensor.
  • the high degree of modulation mentioned at the beginning is possible according to the invention in that a hole structure consisting of two surface areas is provided on the burner surface in the area of the ionization current sensor and over its entire length.
  • the requirement mentioned in the protection claim namely that there is a first surface area closest to the ionization current sensor, defines the surface area that results when the ionization current sensor forms a perpendicular to the burner surface and then the left and right areas as seen in the axial direction of the ionization current sensor of the perpendicular used to form the surface area.
  • the width of the surface area preferably corresponds to at least the diameter of the rod-shaped ionization current sensor, but a width corresponding to approximately twice the diameter is also possible.
  • Second surface areas are provided on both sides of the first surface area, the degree of opening of the first surface area being smaller than the opening degree of the second surface area, which means that in the first surface area per unit area a smaller passage area for the gas-air mixture is provided than in the second surface areas is.
  • the increase in the degree of modulation according to the invention to up to 1:20 can finally be explained as follows:
  • the detection of the ionization current of the ionization current-based combustion control is essentially dependent on the mixture composition, i.e. the air ratio of the combustion.
  • the constant temperature is achieved by changing the open cross section, i.e. the intensity of the flame in the perforation area of the ionization current sensor.
  • the solution to the conflict of objectives between perforation for the lower and upper load range no longer consists in changing the intensity, but in changing the hole structure.
  • a three-part division of the hole structure parallel to the direction of the ionization current sensor has proven to be suitable.
  • edge area there is a relatively open cross section (larger degree of opening), in the middle area, below the ionization current sensor, a more closed area (smaller degree of opening).
  • the flame zone in the upper load point of the gas burner is stabilized by the smaller flame in the middle area on the burner surface.
  • the ionization current sensor is again in the area of energy release, which at the same time stabilizes the temperature of the sensor.
  • the outer, open zones of the hole structure form flames that are long enough to prevent the ionization electrode from cooling down.
  • the in Figure 1 The gas burner shown consists in a manner known per se of a burner interior 1 and a distributor device 2, which at least partially delimits this and a gas-air mixture can flow through, which has an inner surface 2.1 facing the burner interior 1 with a hole structure and a burner surface 2.2 facing away from the burner interior with a hole structure for the as Has a flame-burning gas-air mixture, the burner surface 2.2 on the flame side being assigned a rod-shaped ionization current sensor 3 extending parallel to it, a first surface area 2.2.1 of the burner surface 2.2 closest to the ionization current sensor 3 having a hole structure having a smaller degree of opening and with a second surface area 2.2.2 with a hole structure having a greater degree of opening being provided on both sides of the first surface area 2.2.1 and parallel to the ionization current sensor 3.
  • the hole structure of the inner surface 2.1 of the distribution device 2 opposite the ionization current sensor 3 is designed to be constant, viewed in the axial direction of the ionization current sensor 3. As explained at the outset, this requirement enables the gas burner to be precisely regulated over its entire load range with the aid of the ionization current sensor 3.
  • the hole structure of the inner surface 2.1 is designed to be congruent with the hole structure of the burner surface 2.2, d. H. the hole patterns on both sides of the distribution device 2 correspond.
  • the distribution device 2 consists of a metal sheet, the inner surface 2.1 being arranged on one side of the metal sheet and the burner surface 2.2 being arranged on the other side of the metal sheet.
  • This sheet metal is designed in particular as a single layer, that is to say, in contrast to the prior art mentioned at the beginning, has no gap, that is to say is designed to be free of gaps.
  • the burner interior 1 is entirely free of flow guides for the gas-air mixture.
  • the burner surface 2.2 is designed to occupy at least 90% of a total surface of the metal sheet.
  • the first surface area 2.2.1, seen across the ionization current sensor 3, is optionally between 1 mm and 8 mm, preferably (approximately) 4 mm, wide and / or the second surface area 2.2.2, seen across the ionization current sensor 3, between 4 mm and 10 mm, preferably (approximately) 7 mm, wide.
  • the stipulation "optional" means that only one of these two requirements has to apply.
  • the first surface area 2.2.1 has a hole structure formed from a row of slots arranged parallel to the ionization current sensor 3 with its longitudinal axis.
  • the slots of the first surface area 2.2.1 are particularly preferably between 1 mm and 9 mm, preferably (approximately) 5 mm, long and between 0.1 mm and 0.9 mm, preferably (approximately) 0.5 mm, wide .
  • the slots of the first surface area 2.2.1 viewed in their longitudinal direction, have a spacing of 1 mm to 9 mm, preferably (approximately) 5 mm, from one another.
  • the second surface area 2.2.2 has a hole structure formed from slots arranged with their longitudinal axis parallel and transversely to the ionization current sensor 3.
  • the slots of the second surface area 2.2.2 are particularly preferably between 1 mm and 9 mm, preferably (approximately) 5 mm, long and between 0.5 mm and 0.9, preferably (approximately) 0.7 mm, wide.
  • running slots of the second surface area 2.2.2 are arranged as pairs next to one another.
  • a slot running parallel to the ionization current sensor 3 is preferably arranged between a pair of slots running transversely to the ionization current sensor 3.
  • the two surface areas 2.2.1, 2.2.2 considered so far relate to the area of the burner surface 2.2 to which the ionization current sensor 3 is assigned.
  • the burner surface 2.2 has a third surface area 2.2.3 with a hole structure in addition to the two surface areas 2.2.1, 2.2.2.
  • the hole structures of the three surface areas 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3 are designed differently.
  • the third surface area 2.2.3 is designed to occupy a larger area of the entire burner surface 2.2 than the two other surface areas 2.2.1, 2.2.2 combined.
  • the third surface area 2.2.3 has a hole structure formed from slots arranged with their longitudinal axis transverse to the ionization current sensor 3.
  • the slots of the third surface area 2.2.3 are preferably between 1 mm and 6 mm, preferably (approximately) 3.5 mm, long and between 0.1 mm and 0.9 mm, preferably (approximately) 0.5 mm, wide educated.
  • the slots of the third surface area 2.2.3 are parallel to one another at a distance between 2 mm and 7 mm, preferably (approximately) 4.5 mm, and in the longitudinal direction to one another Distance between 2 mm and 7.6 mm, preferably (approximately) 4.8 mm.
  • the burner interior 1 is cylindrical and has a supply area 4 for the gas-air mixture on one of its end faces and a closure element 5, in particular an opening-free cover, on its other end face.
  • a closure element 5 in particular an opening-free cover
  • the gas burner or at least this part of the gas burner is thus designed like a pot or pot-like.
  • a connection flange 4.1 is preferably provided on the supply area 4 in order to be able to fasten the gas burner protruding into a combustion chamber in a simple manner.
  • Ionization current sensor 3 apparently floating above the gas burner, which, because it is easily conceivable, is not shown separately, preferably attached to the supply area side on the gas burner itself or on areas adjacent thereto.
  • the gas burner according to the invention works as follows:
  • the gas-air mixture is introduced into the burner interior 1 via the supply area 4. From there it flows over the hole structures through the distribution device 2 to the burner surface 2.2, which, as explained, basically has three areas, namely on the one hand the third surface area 2.2.3, i.e. the main area for the combustion of the gas-air mixture.
  • the burner surface 2.2 which, as explained, basically has three areas, namely on the one hand the third surface area 2.2.3, i.e. the main area for the combustion of the gas-air mixture.
  • there are the other two areas 2.2.1, 2.2.2 are provided, to which the ionization current sensor 3 is assigned.
  • the gas burner according to the invention is operated in the upper load range, flames reaching up to the ionization current sensor 3 are formed on the first surface area 2.2.1 having a smaller degree of opening, ie the gas burner can be easily regulated in this way.
  • the gas burner according to the invention is operated in the lower load range, the flames of the first surface area 2.2.1 are no longer long enough to be able to influence the ionization current sensor 3.
  • it is therefore provided that sufficiently long flames are formed on the second surface areas 2.2.2 having a greater degree of opening, which ensure that the ionization current sensor 3 does not cool down and the gas burner can still be precisely regulated.
  • all of this presupposes that the combustion of the gas-air mixture is uniform over the entire length of the ionization current sensor 3.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
  • Ein Gasbrenner der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument EP 2 167 876 B1 bekannt. Dieser Gasbrenner besteht aus einem Brennerinnenraum und einer diesen begrenzenden, von einem Gas-Luft-Gemisch durchströmbaren Verteileinrichtung, die eine zum Brennerinnenraum gewandte Innenfläche mit Lochstruktur und eine brennerinnenraumabgewandte Brenneroberfläche mit Lochstruktur für das als Flamme verbrennende Gas-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Brenneroberfläche flammenseitig ein stabförmiger, parallel zu dieser erstreckter Ionisationsstromsensor (auch Ionsationselektrode genannt) zugeordnet ist, wobei ein zum Ionisationsstromsensor nächstliegender, erster Flächenbereich der Brenneroberfläche eine einen kleineren Öffnungsgrad aufweisende Lochstruktur aufweist und wobei beidseitig des ersten Flächenbereichs und parallel zum Ionisationsstromsensor jeweils ein zweiter Flächenbereich mit einer einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Lochstruktur vorgesehen ist. Bei diesem Gasbrenner besteht die Verteileinrichtung im Grunde aus zwei, distanziert zueinander angeordneten Lochblechen mit unterschiedlichen Lochstrukturen. Weitere Gasbrenner mit geänderter Lochstruktur im Bereich eines Ionisationsstromsensors sind aus den Schriften WO2014067744 A1 und EP2649372 A1 bekannt.
  • Unter "Öffnungsgrad" ist dabei hier und auch nachfolgend ein auf eine Grundfläche bezogenes Verhältnis zwischen offener und geschlossener Fläche zu verstehen. Weist also beispielsweise eine Grundfläche von 100 mm2 Öffnungen mit einer Gesamtfläche von 50 mm2 auf, so ist deren Öffnungsgrad offensichtlich größer als bei einer gleichgroßen Grundfläche mit Öffnungen mit einer Gesamtfläche von 25 mm2.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll unter Einsatz einer ionisationsstrombasierten Verbrennungsregelung der bisher bei einem Gasbrenner übliche Modulationsgrad (Verhältnis von minimaler zu maximaler Leistung) auf bis zu 1:20 gesteigert werden.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Gasbrenner der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die dem Ionisationsstromsensor gegenüberliegende Lochstruktur der Innenfläche der Verteileinrichtung in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors gesehen gleichbleibend ausgebildet ist.
  • Dass diese Maßgabe die eingangs genannte Aufgabe löst und dass diese Aufgabe vom Gasbrenner der eingangs genannten Art nicht gelöst werden kann, wird verständlich, wenn man die beiden Lösungen im Detail miteinander vergleicht:
    Beim eingangs genannten Gasbrenner variiert die Lochstruktur der an einem Leitblech befindlichen Innenfläche in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors (siehe insbesondere Figur 4 des genannten Patentdokuments). Dies führt dazu, dass sich der Ionisationsstromsensor während des Betriebs des Brenners in Flammenbereichen unterschiedlicher Intensität befindet. So weist zum Beispiel der untere Bereich in Figur 4 einen größeren, der obere Bereich einen kleineren Öffnungsgrad auf. Der untere Bereich gewährleistet im unteren Leistungsbereich, der obere Bereich im oberen Leistungsbereich eine ausreichende Flammlänge, um mit Hilfe des Ionisationsstromsensor das Vorhandensein der Flamme überwachen zu können.
  • Eine Verbrennungsregelung mit Hilfe der Luftzahl auf Basis des Ionisationsstromes ist auf diese Weise allerdings nicht möglich, denn hierzu muss in jedem Lastpunkt bzw. bei jeder Leistung ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Ionisationstrom und Luftzahl bestehen, was bei der eingangs genannten, eine Variation der Lochstruktur in Axialrichtung aufweisenden Lösung aber aufgrund der sich ergebenden unterschiedlichen Flammenlängen und der somit bei gleichem Ionisationsstrom ergebenden unterschiedlichen Luftzahlen zu einer Mehrdeutigkeit im Zusammenhang zwischen Ionisationsstrom und Luftzahl führt.
  • Mit der eingangs genannten Lösung mag somit zwar eine Flammenüberwachung möglich sein, eine ionisationsstrombasierte Verbrennungsregelung funktioniert auf diese Weise aber nicht.
  • Der eingangs genannte hohe Modulationsgrad ist dabei erfindungsgemäß dadurch möglich, dass auf der Brenneroberfläche im Bereich des Ionisationsstromsensors und auf dessen gesamter Länge eine aus zwei Flächenbereichen bestehende Lochstruktur vorgesehen ist.
  • Die im Schutzanspruch genannte Maßgabe, nämlich, dass es einen zum Ionisationsstromsensor nächstliegenden, ersten Flächenbereich gibt, definiert dabei den Flächenbereich, der sich ergibt, wenn man vom Ionisationsstromsenor eine Lotrechte auf die Brenneroberfläche bildet und dann in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors gesehen die Bereiche links und rechts der Lotrechten zur Bildung des Flächenbereichs verwendet. Dabei entspricht die Breite des Flächenbereichs vorzugsweise mindestens dem Durchmesser des stabförmigen Ionisationsstromsensors, eine etwa dem doppelten Durchmesser entsprechende Breite ist aber ebenso möglich.
  • Beidseitig des ersten Flächenbereichs sind zweite Flächenbereich vorgesehen, wobei der Öffnungsgrad des ersten Flächenbereichs kleiner als der Öffnungsgrad der zweiten Flächenbereiche ausgebildet ist, was bedeutet, dass beim ersten Flächenbereich pro Flächeneinheit eine kleinere Durchgangsfläche für das Gas-Luft-Gemisch als bei den zweiten Flächenbereichen vorgesehen ist.
  • Die erfindungsgemäße Steigerung des Modulationsgrades auf bis zu 1:20 ist schließlich wie folgt zu erklären:
    Die Erfassung des Ionisationsstroms der ionisationsstrombasierten Verbrennungsregelung ist im Kern abhängig von der Gemischzusammensetzung, also der Luftzahl der Verbrennung.
  • Allerdings ist ein anderes grundsätzliches Problem der ionisationsstrombasierten Verbrennungsregelung die Abhängigkeit des gemessenen Ionisationsstroms von weiteren Größen, nämlich insbesondere der Temperatur des Ionisationsstomsensors. Um ein Regelverhalten der Verbrennungsregelung möglichst unabhängig von Störeinflüssen wie Lastpunktverschiebung zu erreichen, ist eine Konstanz der Sollwertkennlinie über dem Lastbereich erforderlich.
  • Hieraus ergibt sich die Aufgabe bei der Auslegung der Lochstruktur, eine möglichst konstante Temperatur des Ionisationsstromsensors über den gesamten Lastbereich des Brenners zu erzielen. Wird dies nicht erreicht, kommt es zu großen Verschiebungen der Luftzahl beim Anfahren eines Lastpunktes oder einem Schwingen der Luftzahl in bestimmten Lastpunkten.
  • Bei Modulationsgraden von bis 1:10 wird die konstante Temperatur durch Veränderung des offenen Querschnitts, damit also der Intensität der Flamme im Belochungsbereich des Ionisationsstromsensors, erreicht.
  • Bei weiterer Steigerung des Modulationsbereichs auf bis zu 1:20 ist diese Vorgehensweise nicht mehr zielführend:
    Wird die Intensität auf die untere Last des Brenners angepasst, ist der offene Querschnitt und damit die Länge der Flammen im oberen Lastpunkt zu groß. Damit findet die wesentliche Energiefreisetzung erst hinter dem Ionisationsstromsensor statt. Der Sensor bzw. die Elektrode kühlt aus.
  • Eine Anpassung auf den oberen Lastpunkt des Brenners bedingt sehr kleine Flammen in unteren Lastpunkt. Die Energiefreisetzung wird zu gering, um hier die Sensortemperatur im konstanten Bereich zu halten.
  • Die Lösung des Zielkonfliktes zwischen einer Belochung für den unteren und den oberen Lastbereich besteht erfindungsgemäß nicht mehr im Ändern der Intensität, sondern im Ändern der Lochstruktur. Als geeignet hat sich, wie oben bereits beschrieben, eine Dreiteilung der Lochstruktur parallel zur Richtung des Ionisationsstromsensors erwiesen.
  • Im Randbereich ist ein relativ offener Querschnitt (größerer Öffnungsgrad) vorhanden, im mittleren Bereich, unterhalb des Ionisationsstromsensors, ein geschlossenerer Bereich (kleinerer Öffnungsgrad).
  • Im Ergebnis wird hierdurch im oberen Lastpunkt des Gasbrenners die Flammenzone durch die kleinere Flamme im mittleren Bereich auf der Brenneroberflächen stabilisiert. Der Ionisationsstromsensor liegt damit wieder im Bereich der Energiefreisetzung, womit sich gleichzeitig die Temperatur des Sensors stabilisiert.
  • Im unteren Lastbereich bilden die äußeren, offenen Zonen der Lochstruktur ausreichend lange Flammen, um die Auskühlung der Ionsationselektode zu verhindern.
  • Somit kann auch bei einem gesteigerten Modulationsgrad mit relativ konstanten Sollwerten im Ionisationsstrom gearbeitet werden. Damit wird ein robustes Geräteverhalten und eine sehr gute Luftzahltreue der Verbrennungsregelung erreicht.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gasbrenners ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
  • Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Patentdokument WO 2013/107661 A2 hingewiesen. Wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich, ist bei dieser Lösung die dem Ionisationsstomsensor gegenüberliegende Lochstruktur der Verteileinrichtung gerade nicht, wie erfindungsgemäß vorgesehen, in Axialrichtung des Ionisationsstomsensors gesehen gleichbleibend ausgebildet (siehe hierzu auch den letzten Absatz auf Seite 2 des Dokument), d. h. mit dem offenbarten Gasbrenner ist es gerade nicht möglich, den Modulationsgrad auf bis zu 1:20 zu steigern.
  • Der erfindungsgemäße Gasbrenner einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    schematisch und perspektivisch den erfindungsgemäßen Gasbrenner mit Einblick in den Brennerinnenraum (der Übersichtlichkeit halber komplett ohne Lochstrukturen); und
    Figur 2
    in Draufsicht die in die Ebene abgewickelte Brenneroberfläche mit den Flächenbereichen, wobei in beiden Figuren die Flächenbereiche extra durch Linien gekennzeichnet sind, die bei einem realen Gasbrenner nicht vorhanden sind.
  • Der in Figur 1 dargestellte Gasbrenner besteht in an sich bekannter Weise aus einem Brennerinnenraum 1 und einer diesen mindestens teilweise begrenzenden, von einem Gas-Luft-Gemisch durchströmbaren Verteileinrichtung 2, die eine zum Brennerinnenraum 1 gewandte Innenfläche 2.1 mit Lochstruktur und eine brennerinnenraumabgewandte Brenneroberfläche 2.2 mit Lochstruktur für das als Flamme verbrennende Gas-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Brenneroberfläche 2.2 flammenseitig ein stabförmiger, parallel zu dieser erstreckter Ionisationsstromsensor 3 zugeordnet ist, wobei ein zum Ionisationsstromsensor 3 nächstliegender, erster Flächenbereich 2.2.1 der Brenneroberfläche 2.2 eine einen kleineren Öffnungsgrad aufweisende Lochstruktur aufweist und wobei beidseitig des ersten Flächenbereichs 2.2.1 und parallel zum Ionisationsstromsensor 3 jeweils ein zweiter Flächenbereich 2.2.2 mit einer einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Lochstruktur vorgesehen ist.
  • Wesentlich für den erfindungsgemäßen Gasbrenner ist nun, dass die dem Ionisationsstromsensor 3 gegenüberliegende Lochstruktur der Innenfläche 2.1 der Verteileinrichtung 2 in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors 3 gesehen gleichbleibend ausgebildet ist. Diese Maßgabe ermöglicht, wie eingangs erläutert, dass der Gasbrenner über seinen gesamten Lastbereich mit Hilfe des Ionisationsstromsensors 3 präzise geregelt werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Lochstruktur der Innenfläche 2.1 kongruent mit der Lochstruktur der Brenneroberfläche 2.2 ausgebildet ist, d. h. die Lochbilder auf beiden Seiten der Verteileinrichtung 2 entsprechen sich.
  • Um dies zu erreichen, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die Verteileinrichtung 2 aus einem Metallblech besteht, wobei auf einer Seite des Metallblechs die Innenfläche 2.1 und auf der anderen Seite des Metallblechs die Brenneroberfläche 2.2 angeordnet ist.
  • Dieses Metallblech ist dabei insbesondere einschichtig ausgebildet, weist also im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik keinen Zwischenraum auf, ist also zwischenraumfrei ausgebildet. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Brennerinnenraum 1 insgesamt frei von Strömungsführungen für das Gas-Luft-Gemisch ausgebildet ist.
  • Ferner ist mit Verweis auf Figur 2 bevorzugt vorgesehen, dass die Brenneroberfläche 2.2 mindestens 90% einer Gesamtoberfläche des Metallblechs einnehmend ausgebildet ist.
  • Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass wahlweise der erste Flächenbereich 2.2.1 quer zum Ionisationsstromsensor 3 gesehen zwischen 1 mm und 8 mm, vorzugsweise (etwa) 4 mm, breit und/oder der zweite Flächenbereich 2.2.2 quer zum Ionisationsstromsensor 3 gesehen zwischen 4 mm und 10 mm, vorzugsweise (etwa) 7 mm, breit ausgebildet ist. Die Maßgabe "wahlweise" bedeutet dabei, dass von diesen beiden Vorgaben auch nur eine gelten muss.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Flächenbereich 2.2.1 eine aus einer mit ihrer Längsachse parallel zum Ionisationsstromsensor 3 parallel angeordneten Reihe Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist. Dabei sind die Schlitze des ersten Flächenbereichs 2.2.1 besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise (etwa) 5 mm, lang und zwischen 0,1 mm und 0,9 mm, vorzugsweise (etwa) 0,5 mm, breit ausgebildet. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schlitze des ersten Flächenbereichs 2.2.1 in deren Längsrichtung gesehen zueinander einen Abstand von 1 mm bis 9 mm, vorzugsweise (etwa) 5 mm, aufweisen.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Flächenbereich 2.2.2 eine aus mit ihrer Längsachse parallel und quer zum Ionisationsstromsensor 3 angeordneten Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist. Dabei sind die Schlitze des zweiten Flächenbereichs 2.2.2 besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise (etwa) 5 mm, lang und zwischen 0,5 mm und 0,9, vorzugsweise (etwa) 0,7 mm, breit ausgebildet. Ferner ist verlaufende Schlitze des zweiten Flächenbereichs 2.2.2 als Paare nebeneinander angeordnet sind. Außerdem ist bevorzugt zwischen einem Paar quer zum Ionisationsstromsensor 3 verlaufender Schlitze ein parallel zum Ionisationsstromsensor 3 verlaufender Schlitz angeordnet.
  • Die beiden bisher betrachteten Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2 betreffen den Bereich der Brenneroberfläche 2.2, dem der Ionisationsstromsensor 3 zugeordnet ist. Darüber hinaus ist aber auch noch vorgesehen, dass die Brenneroberfläche 2.2 neben den beiden Flächenbereichen 2.2.1, 2.2.2 noch einen dritten Flächenbereich 2.2.3 mit einer Lochstruktur aufweist. Wie aus Figur 2 zu erkennen, ist dabei vorgesehen, dass die Lochstrukturen der drei Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3 unterschiedlich ausgebildet sind. Außerdem ist vorgesehen, dass der dritte Flächenbereich 2.2.3 einen größeren Bereich von der gesamten Brenneroberfläche 2.2 einnehmend ausgebildet ist als die beiden anderen Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2 zusammen.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der dritte Flächenbereich 2.2.3 eine aus mit ihrer Längsachse quer zum Ionisationsstromsensor 3 angeordneten Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist. Dabei sind die Schlitze des dritten Flächenbereichs 2.2.3 vorzugsweise zwischen 1 mm und 6 mm, vorzugsweise (etwa) 3,5 mm, lang und zwischen 0,1 mm und 0,9 mm, vorzugsweise (etwa) 0,5 mm, breit ausgebildet. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schlitze des dritten Flächenbereichs 2.2.3 parallel zueinander einen Abstand zwischen 2 mm und 7 mm, vorzugsweise (etwa) 4,5 mm, und in Längsrichtung zueinander einen Abstand zwischen 2 mm und 7,6 mm, vorzugsweise (etwa) 4,8 mm, aufweisen.
  • Auf Figur 1 zurück kommend, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Brennerinnenraum 1 zylindrisch ausgebildet ist und an einer seiner Stirnseiten einen Zufuhrbereich 4 für das Gas-Luft-Gemisch und an seiner anderen Stirnseite einen Verschlusselement 5, insbesondere einen öffnungsfreien Deckel, aufweist. Abgesehen von den Lochstrukturen der vorzugsweise zylindermantelförmig ausgebildeten Brenneroberfläche 2.2 ist der Gasbrenner bzw. jedenfalls dieser Teil des Gasbrenners somit wie ein Topf bzw. topfartig ausgebildet. Weiterhin ist bevorzugt am Zufuhrbereich 4 ein Anschlussflansch 4.1 vorgesehen, um den in eine Brennkammer hineinragenden Gasbrenner auf einfache Weise befestigen zu können.
  • Im übrigen ist auch der in Figur 1 offenbar über dem Gasbrenner schwebende Ionisationsstromsensor 3, was, weil ohne weiteres vorstellbar, nicht extra dargestellt ist, vorzugsweise zufuhrbereichsseitig am Gasbrenner selbst oder an dazu benachbarten Bereichen befestigt.
  • Der erfindungsgemäße Gasbrenner funktioniert wie folgt:
    Das Gas-Luft-Gemisch wird über den Zufuhrbereich 4 in den Brennerinnenraum 1 eingebracht. Von dort strömt es über die Lochstrukturen durch die Verteileinrichtung 2 auf die Brenneroberfläche 2.2, die wie erläutert, im Grunde drei Bereiche aufweist, nämlich zum einen den dritten Flächenbereich 2.2.3, also den Hauptbereich für die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches. Darüber hinaus sind noch die beiden anderen Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2 vorgesehen, denen der Ionisationsstromsensor 3 zugeordnet ist.
  • Wird der erfindungsgemäße Gasbrenner im oberen Lastbereich betrieben, werden am ersten, einen kleineren Öffnungsgrad aufweisenden Flächenbereich 2.2.1 bis zum Ionisationsstromsensor 3 reichende Flammen gebildet, d. h. der Gasbrenner ist auf diese Weise gut regelbar. Wird der erfindungsgemäße Gasbrenner aber im unteren Lastbereich betrieben, sind die Flammen des ersten Flächenbereichs 2.2.1 nicht mehr ausreichend lang, um Einfluss auf den Ionisationsstromsensor 3 nehmen zu können. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass an den zweiten, einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Flächenbereichen 2.2.2 ausreichend lange Flammen gebildet werden, die dafür sorgen, dass der Ionisationsstromsensor 3 nicht auskühlt und der Gasbrenner auch weiterhin präzise regelbar ist. Alle dies setzt allerdings, wie im Schutzanspruch 1 definiert, voraus, dass die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches auf der gesamten Länge des Ionisationsstromsensors 3 gleichmäßig ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennerinnenraum
    2
    Verteileinrichtung
    2.1
    Innenfläche
    2.2
    Brenneroberfläche
    2.2.1
    erster Flächenbereich
    2.2.2
    zweiter Flächenbereich
    2.2.3
    dritten Flächenbereich
    3
    Ionisationsstromsensor
    4
    Zufuhrbereich
    4.1
    Anschlussflansch
    5
    Verschlusselement

Claims (13)

  1. Gasbrenner, umfassend einen Brennerinnenraum (1) und eine diesen begrenzende, von einem Gas-Luft-Gemisch durchströmbare Verteileinrichtung (2), die eine zum Brennerinnenraum (1) gewandte Innenfläche (2.1) mit Lochstruktur und eine brennerinnenraumabgewandte Brenneroberfläche (2.2) mit Lochstruktur für das als Flamme verbrennende Gas-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Brenneroberfläche (2.2) flammenseitig ein stabförmiger, parallel zu dieser erstreckter Ionisationsstromsensor (3) zugeordnet ist, wobei ein zum Ionisationsstromsensor (3) nächstliegender, erster Flächenbereich (2.2.1) der Brenneroberfläche (2.2) eine einen kleineren Öffnungsgrad aufweisende Lochstruktur aufweist und wobei beidseitig des ersten Flächenbereichs (2.2.1) und parallel zum Ionisationsstromsensor (3) jeweils ein zweiter Flächenbereich (2.2.2) mit einer einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Lochstruktur vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass die dem Ionisationsstromsensor (3) gegenüberliegende Lochstruktur der Innenfläche (2.1) der Verteileinrichtung (2) in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors (3) gesehen gleichbleibend ausgebildet ist,
    dass die Brenneroberfläche (2.2) neben den beiden Flächenbereichen (2.2.1, 2.2.2) noch einen dritten Flächenbereich (2.2.3) mit einer Lochstruktur aufweist, wobei die Lochstrukturen der drei Flächenbereiche (2.2.1, 2.2.2, 2.2.3) unterschiedlich ausgebildet sind.
  2. Gasbrenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lochstruktur der Innenfläche (2.1) kongruent mit der Lochstruktur der Brenneroberfläche (2.2) ausgebildet ist.
  3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteileinrichtung (2) aus einem Metallblech besteht, wobei auf einer Seite des Metallblechs die Innenfläche (2.1) und auf der anderen Seite des Metallblechs die Brenneroberfläche (2.2) angeordnet ist.
  4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Flächenbereich (2.2.1) quer zum Ionisationsstromsensor (3) gesehen zwischen 1 mm und 8 mm, vorzugsweise 4 mm, breit ausgebildet ist.
  5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zweite Flächenbereich (2.2.2) quer zum Ionisationsstromsensor (3) gesehen zwischen 4 mm und 10 mm, vorzugsweise 7 mm, breit ausgebildet ist.
  6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Flächenbereich (2.2.1) eine aus einer mit ihrer Längsachse parallel zum Ionisationsstromsensor (3) parallel angeordneten Reihe Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist.
  7. Gasbrenner nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlitze des ersten Flächenbereichs (2.2.1) zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise 5 mm, lang und zwischen 0,1 mm und 0,9 mm, vorzugsweise 0,5 mm, breit ausgebildet sind.
  8. Gasbrenner nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlitze des ersten Flächenbereichs (2.2.1) in deren Längsrichtung gesehen zueinander einen Abstand von 1 mm bis 9 mm, vorzugsweise 5 mm, aufweisen.
  9. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zweite Flächenbereich (2.2.2) eine aus mit ihrer Längsachse parallel und quer zum Ionisationsstromsensor (3) angeordneten Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist.
  10. Gasbrenner nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlitze des zweiten Flächenbereichs (2.2.2) zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise 5 mm, lang und zwischen 0,5 mm und 0,9, vorzugsweise 0,7 mm, breit ausgebildet sind.
  11. Gasbrenner nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass quer zum Ionisationsstromsensor (3) verlaufende Schlitze des zweiten Flächenbereichs (2.2.2) als Paare nebeneinander angeordnet sind.
  12. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Brennerinnenraum (1) zylindrisch ausgebildet ist und an einer seiner Stirnseiten einen Zufuhrbereich (4) für das Gas-Luft-Gemisch und an seiner anderen Stirnseite einen Verschlusselement (5) aufweist.
  13. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Brennerinnenraum (1) frei von Strömungsführungen für das Gas-Luft-Gemisch ausgebildet ist.
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