DE102004044445B4

DE102004044445B4 - Gasbeheiztes Wärmegerät

Info

Publication number: DE102004044445B4
Application number: DE102004044445A
Authority: DE
Inventors: Alexander Groehl
Original assignee: Ceramat S Coop
Current assignee: Ceramat S Coop
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: US7708555B2; DE102004044445A1; CA2519597A1; US20060057531A1

Abstract

Gasbeheiztes Wärmegerät mit mindestens einem atmosphärischen Gasbrenner, der innerhalb eines Verbrennungsraumes angeordnet ist und der eine Mischkammer (1), die mit einem Brennermedium (2) abgedeckt ist, sowie ein voll-vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem (4), dessen Einlass für das Brenngas und die Verbrennungsluft außerhalb des Verbrennungsraumes am Wärmegerät angeordnet ist, aufweist und dem eine Zündeinrichtung mit mindestens einer Pilotflamme zugeordnet ist, die ein Zuführrohr (5) für das Pilotflammengas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (1) unmittelbar unterhalb des Brennermediums (2) ein nach oben offener Mischraum (6) angeordnet ist, an welchem das Zuführrohr (5), dem allein das Pilotflammengas zugeführt ist, angeschlossen ist und welcher einen weiteren Einlass (6a) für die getrennte Zufuhr von Primärluft aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein gasbeheiztes Wärmegerät mit mindestens einem atmosphärischen Gasbrenner, der innerhalb eines Verbrennungsraumes angeordnet ist und der eine Mischkammer, die mit einem Brennermedium abgedeckt ist, sowie ein voll-vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem, dessen Einlass für das Brenngas und die Verbrennungsluft außerhalb des Verbrennungsraumes am Wärmegerät angeordnet ist, aufweist, und dem eine Zündeinrichtung mit mindestens einer Pilotflamme zugeordnet ist, die ein Zuführrohr (5) für das Pilotflammengas aufweist.
Solche gasbeheizten Wärmegeräte, auf welche sich die Erfindung bezieht, sind typischerweise gasbeheizte Warmwasserbereiter oder gasbeheizte Heizungsgeräte, wie für Industrieheizungen und Kamine im Haushaltsbereich.
Gasbeheizte Warmwasserbereiter sind in manigfaltigen Ausführungsformen und Leistungsstufen bei verschiedenen Anwendungen sowohl auf dem privaten als auch auf dem industriellen Sektor im Gebrauch.
Solche gasbeheizten Warmwasserbereiter dienen beispielsweise zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser oder Warmwasser für Heizungen in Haushalten oder im industriellen Bereich.
Eine besondere Form derartiger gasbeheizter Warmwasserbereiter stellen die sogenannten in USA gängigen „Water Heater" dar, die beispielsweise das Duschwasser in Werkstätten und kleinen Industriebetrieben bereitstellen. Beispielsweise wird in der US 4,953,510 ein solcher „Water Heater" beschrieben, der aus einem gasbeheizten Speichertank zum Speichern von erhitztem Wasser besteht.
Die US 5,875,739 A und die US 2003/0111 023 A1 zeigen weitere Ausführungsformen eines „Water Heaters", bei denen in einem nahezu geschlossenen Brennraum ein vollvormischender Gasbrennner, ein sogenannter Pre-Mix-Brenner, angeordnet ist. Dieser Gasbrenner weist eine Mischkammer auf, die mit einem Brennermedium, vorzugsweise einer Brennermatte, abgedeckt ist und an die unterhalb der Brennermatte ein Venturi-Rohr angeschlossen ist, das sich durch die Wandung des Brennraumes hindurch bis an die Außenfläche des Water Heaters erstreckt. Innerhalb der dabei gegebenen Außenöffnung ist eine Düse für die Zufuhr des Brenngases angeordnet. Beim Einströmen des Gases in das Venturi-Rohr wird aufgrund der strömungstechnischen Wirkung dieses Rohres Primärluft über die Außenöffnung angesaugt, die dann in der Mischkammer mit dem Brenngas durch Verwirblung weiter vermischt wird.
Die Erfindung wendet sich an gasbeheizte Wärmegeräte, insbesondere Water Heater, die derartige Gasbrenner aufweisen.
Üblicherweise werden zur Zündung dieser Gasbrenner Zündflammen, auch Pilotflammen genannt, eingesetzt. Zu diesem Zweck weist der Gasbrenner außerhalb der Mischkammer ein kleines Rohr mit einem kleinen Durchmesser auf, in welches von unten Brenngas einströmt und das am Auslass des Rohres, der unmittelbar am Rande der Brennermatte liegt, unter Bildung der Zündflamme mit Sekundärluft verbrennt.
Diese Konstruktion hat einmal sehr hohe No_x-Emissionen zur Folge. Zum anderen ist die Zündung des Hauptbrenners relativ laut, weil sich die Zünd- und Pilotflamme zunächst auf die Brennermatte des Gasbrenners „setzt", d. h. schlagartig darauf ausbreitet.
Ein derartiges Wärmegerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist bekannt aus der US 6,725,811 B1 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete gasbeheizte Wärmegerät hinsichtlich der Zündeinrichtung so auszubilden, dass sie zum einen niedrige Emissionen liefert und zum anderen ein lautloses Zünden des Brenners ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei einem gasbeheizten Wärmegerät mit mindestens einem atmosphärischen Gasbrenner, der innerhalb eines Verbrennungsraumes angeordnet ist und der eine Mischkammer, die mit einem Brennermedium abgedeckt ist, sowie ein voll-vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem, dessen Einlass für das Brenngas und die Verbrennungsluft außerhalb des Verbrennungsraumes am Wärmegerät angeordnet ist, aufweist, und dem eine Zündeinrichtung mit mindestens einer Pilotflamme zugeordnet ist, die ein Zuführ-Rohr für das Pilotflammengas aufweist, gemäß der Erfindung dadurch, dass in der Mischkammer unmittelbar unterhalb des Brennermediums ein nach oben offener Mischraum angeordnet ist, an welchem das Zuführrohr, dem allein das Pilotflammengas zugeführt ist, angeschlossen ist und welcher einen weiteren Einlass für die getrennte Zufuhr von Primärluft aufweist.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen entstehen durch die Pilotflamme nur geringe NO_x-Emissionen. Ferner ist ein lautloses Zünden des Gasbrenners ermöglicht.
Aus der DE 43 29 194 A1 ist bereits ein Mischraum für ein Pilotflammengas, der innerhalb der Mischkammer für das Brenngas unterhalb des Brennermediums angebracht ist, bekannt. Im bekannten Fall ist der Mischraum gegenüber dem Brennermedium gasdicht z. B. mit Silikonklebstoff abgedichtet. Das Pilotflammengas und die notwendige Primärluft wird daher ausschließlich über einen vormischenden Zündbrenner, dessen Mischrohr an den Mischraum angeschraubt ist, zugeführt. Im Gegensatz dazu ist bei der erfindungsgemäßen Konstruktion an den Mischraum für das Pilotflammengas sowohl ein Zuführrohr für die alleinige Zufuhr von Pilotflammengas, als auch ein weiterer Einlass für die getrennte Zufuhr von Primärluft angeschlossen.
Ausgestaltende und weiterbildende Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet sowie ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher beschrieben.
Es zeigen:
1 in einer stark schematisierten Längsschnitt-Darstellung eine Ausführungsbeispiel eines atmosphärischen Gasbrenners für einen gasbeheiztes Warmwasserbereiter, der innerhalb eines Verbrennungsraumes angeordnet ist und dem ein voll-vormischendes Gas/Luft-Zufuhrsystem sowie eine Zündeinrichtung mit einer Pilotflamme zugeordnet ist,
2 eine Draufsicht auf den Gasbrenner nach 1 unter Darstellung der Pilotflammen-Brennfläche innerhalb des Gasbrenners.
Die 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten zunächst einen konventionellen Gasbrenner mit einer Mischkammer 1, die oben mit einem rechteckigen Brennermedium abgedeckt ist, welches umfänglich mittels eines umlaufenden Befestigungsringes 3 an der Mischkammer 1 befestigt ist. Das Brennermedium wird durch übliche, einschlägige Komponenten gebildet, z. B. wie dargestellt durch eine Brennermatte 2 aus keramischen Fasern, die unter der Marke SCHOTT Ceramat^® bekannt ist. Die Brennermatte kann auch rund, oval oder freie Formen haben. Auch ist es möglich, dass sie aus Metallfasern besteht. Ferner können auch keramische Steine als Brennermedium eingesetzt werden.
An einer Seite der Mischkammer 1 ist ein voll-vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem 4 angebracht, das z. B. ein Venturi-Rohr mit einer vorgeschalteten Brenngas-Einschuß-Düse aufweist.
Als Mischstrecke können auch andere bekannte Konfigurationen, insbesondere Mischrohre, vorgesehen sein.
Prinzipiell kann jeder voll-vormischende Gasbrenner zum Einsatz kommen.
Die möglichen Konstruktionen des Gasbrenners mit Mischkammer, Brennmedium und Brenngas/Luft-Zufuhrsystem sind an sich bekannt und brauchen daher hier nicht näher dargestellt zu werden. Es genügt für das Verständnis der Erfindung die symbolische Darstellung in der Zeichnung.
Die Erfindung bezieht sich auf die Zündeinrichtung des Gasbrenners, und zwar im speziellen auf die Erzeugung der zugehörigen Pilotflamme.
Die Zündeinrichtung weist für die Erzeugung der Pilotflamme ein Gaszuführ-Rohr 5 mit relativ kleinem Durchmesser auf. Am eingangsseitigen Ende 5a des Gaszuführ-Rohres wird das Pilotflammen-Gas, wie durch den Pfeil symbolisch verdeutlicht, eingespeist. Das ausgangsseitige Ende 5b des Gaszuführ-Rohres mündet in einen innerhalb der Brenner-Mischkammer 1 unter der Brennermatte 2 angeordneten Mischraum 6 ein, auf dem kopfseitig die Brennermatte 2 lose aufliegt. Dieser Mischraum weist einen Einlass 6a für die Zufuhr von Primärluft (mit Brenngas) aus der Brenner-Mischkammer 1 auf, der im dargestellten Ausführungsbeispiel durch den Spalt zwischen Wandung des Mischraumes 6 und der locker aufliegenden Brennmatte 2 gebildet ist.
Im dargestellten Beispiel ist der Mischraum 6 am Rande der Mischkammer 1 angeordnet. Prinzipiell kann der Mischraum der Pilotflamme in jeder Position der Brenner-Mischkammer liegen, z. B. auch im Zentrum.
Der Mischraum 6 wird daher von dem Pilotflammengas und der am Einlass 6a eintretenden Primärluft durchströmt, wobei dieses Gemisch die Brennermatte durchströmt und nach Zündung durch übliche, einschlägige Komponenten 7 als Pilotflamme abbrennt. Die zugehörige Brennfläche 6b ist in 2 hervorgehoben dargestellt.
Die Vermischung des Pilotflammen-Brenngases mit der Primärluft aus der Brennermischkammer bewirkt, dass die Pilotflamme nur niedrige Abgas-Emissionen von NO_x erzeugt.
Ab dem Zeitpunkt des Zündens wölbt sich des weiteren die Brennermatte 2 etwas auf, was eine noch größere Öffnung 6a zwischen Brennermatte 2 und dem Mischraum 6 zur Folge hat. Durch dieser Öffnung kann nun auch vermehrt das Gasgemisch des Hauptbrenners strömen. Dadurch wird erzielt, dass die gesamte Brenneroberfläche eine homogene Gasverteilung hat bzw. das Pilotflammengas sich mit dem Hauptbrennergas mischt und so im Gesamten eine noch bessere Verbrennung vorhanden ist. Bei steifen Brennermedien muss der Spalt 6a entsprechend groß gewählt werden.
Bedingt dadurch, dass die Pilotflamme direkt das Brennermedium des Hauptbrenners als Flammenträger verwendet, muss sich beim Zünden des Hauptbrenners die Flamme nicht erst auf diesen setzen. Dies hat ein sehr „softes" Zünden zur Folge.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Brenner mehrere „Pilotflammen" auf, um ein absolut lautloses Zünden zu ermöglichen.
Die Pilotflammenbrennfläche 6b muss nicht, wie in 2 dargestellt, rechteckig sein. Sie kann z. B. auch rund sein, d. h. kann letztlich alle nur erdenklichen Formen haben.

1: Mischkammer
2: Brennermedium
3: Befestigungsring
4: Brenngas/Luft-Zufuhrsystem
5: Gaszuführrohr
5a: einlassseitiges Ende
5b: auslassseitiges Ende
6: Mischraum
6a: Einlass
6b: Brennfläche der Pilotflamme
7: einschlägige Zündkomponenten

Claims

Gasbeheiztes Wärmegerät mit mindestens einem atmosphärischen Gasbrenner, der innerhalb eines Verbrennungsraumes angeordnet ist und der eine Mischkammer (1), die mit einem Brennermedium (2) abgedeckt ist, sowie ein voll-vormischendes Brenngas/Luft-Zufuhrsystem (4), dessen Einlass für das Brenngas und die Verbrennungsluft außerhalb des Verbrennungsraumes am Wärmegerät angeordnet ist, aufweist und dem eine Zündeinrichtung mit mindestens einer Pilotflamme zugeordnet ist, die ein Zuführrohr (5) für das Pilotflammengas aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mischkammer (1) unmittelbar unterhalb des Brennermediums (2) ein nach oben offener Mischraum (6) angeordnet ist, an welchem das Zuführrohr (5), dem allein das Pilotflammengas zugeführt ist, angeschlossen ist und welcher einen weiteren Einlass (6a) für die getrennte Zufuhr von Primärluft aufweist.
Wärmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennermedium eine Brennermatte (2) vorgesehen ist, die lose auf dem Mischraum (6) unter Bildung eines spaltförmigen Einlasses (6a) für Primärluft und Vorgabe der Pilotflammenbrennfläche (6b) aufliegt.
Wärmegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotflammenbrennfläche (6b) rechteckig ausgebildet ist.
Wärmegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotflammenbrennfläche (6b) rund ausgebildet ist.
Wärmegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotflammenfläche eine freie Form aufweist.
Wärmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum (6) an einer beliebigen Position innerhalb der Mischkammer angeordnet ist.
Wärmegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischraum (6) am Rande der Mischkammer (1) angeordnet ist.
Wärmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasbrenner mehrere, gemeinsam mit Brenngas versorgte Mischkammern mit jeweils einer Pilotflamme aufweist.
Wärmegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammern gleichmäßig verteilt am Umfang des Gasbrenners angeordnet sind.
Wärmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es als Heizgerät ausgebildet ist.
Wärmegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es als Warmwasserbereiter, insbesondere als Water Heater, ausgebildet ist.