DE60207084T2

DE60207084T2 - Aus biolöslichen und gelcast-keramikfasern hergestellter atmosphärengasbrenner

Info

Publication number: DE60207084T2
Application number: DE60207084T
Authority: DE
Inventors: Timothy Teague
Original assignee: Thermic Investments SA
Current assignee: Ecomasa Sarl Lu
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2022-08-02
Also published as: EP1412676B1; EP1412676A1; US20040170938A1; ATE308721T1; DE60207084D1; US7537447B2; US20060269880A1; WO2003012341A1; CN1255649C; CA2454398C; CN1539071A; CA2454398A1

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft. einen neuen sogenannten Gasbrenner mit „echt wirkender Flamme", d.h. einen Gasbrenner, dessen Flammen künstliche „Brennstoffe" zum Glühen bringen (so dass es wie Kohle oder Holz aussieht).
Stand der Technik
Beispiele von Gasbrennern mit „echt wirkender Flamme" werden in vorherigen Dokumenten beschrieben, zum Beispiel in US-5.328.356 und EP-0 848 796-B1.
Diese Brenner umfassen im Allgemeinen Elemente oder Bauteile aus Metall. Vorherige Entwürfe verwenden eine metallene Montageplatte und bewegliche Verschlüsse. Die Metallteile halten hohen Temperaturen stand. Andere nicht metallische Materialien wie Asbestfasern oder Keramikfasern halten ebenfalls sehr hohen Temperaturen stand, sind jedoch krebserregend oder gelten als krebserregend und sollten vermieden werden, besonders was die Herstellungsvorgänge betrifft.
Zahlreiche neue Technologien sind jedoch einfacher erhältlich, wie zum Beispiel nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte, gegossene Keramikfasern und sogenannte „biolösliche" Keramikfasern. Nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte Keramikfasern sind ein unbiegsames dichtes Material, das stabile Verbindungslösungen nutzt, um die Möglichkeit des Kontakts mit schwebenden Faserpartikeln deutlich zu verringern. Biolösliche Keramikfasern sind zum Beispiel nur biolöslich (oder haben eine niedrige Biopersistenz) bei einer Brennzeit von 14 Stunden bei 1000°F.
Erörterung der vorherigen Entwürfe
Das US-Patent Nr. 5.400.765 beschreibt einen gasgefeuerten Ofen, in dem der Brenner eine Oberfläche aus porösen Keramikfasern umfasst. Die Zusammensetzung der Keramik umfasst ein schmales Band, das Substanzen wie Metalloxide von seltenen Erden freisetzt. Diese Erfindung wird vorzugsweise für Anwendungen wie Kochen umgesetzt, da das Absorptionsspektrum von Nahrungsmitteln und Wasser beinahe mit einem solchen Emissionsspektrum übereinstimmt. Außerdem kann die ausgewählte Emission durch einen Glasdeckel geleitet werden, der dadurch nicht in bedeutendem Maße erwärmt wird. Der flache Brenner aus poröser Keramik umfasst eine Gitterstruktur, zum Beispiel aus Drahtsieb oder perforiertem Metall, die mit mehreren Schichten aus Keramikfasern bedeckt ist. Der Brenner umfasst ein Brennerrohr und einen Brennerkopf, wo Gas und Luft vermischt werden und die Mischung entzündet wird, um die obere Oberfläche aus porösen Keramikfasern zu erwärmen. Dieses Rohr und dieser Kopf bestehen ebenfalls aus Metall, um hohen Temperaturen standzuhalten und die Wärme der Verbrennungsprodukte zurückzugewinnen, die außen an dem Brenner vorbeifließen.
Das Problem dieser Brenner aus einer Kombination aus Keramik und Metall ist, dass große Mengen Wärme durch Wärmeleitung oder Wärmestrahlung an angrenzende Teile weitergegeben werden, zum Beispiel an das Venturi-System für die Gasversorgung. Außerdem verfügt die Brennerbaugruppe über eine nicht flache Brennkammer und ist voluminös wegen des Kreislaufs zur Rückgewinnung der Wärme der Verbrennungsgase, die das Vorhandensein von Isolierwänden erfordern.
Das Dokument EP-A-0 519 718 beschreibt einen Gasbrenner, der feste Brennstoffe imitiert und eine obere Platte aus Keramikfasern umfasst, die mit Hilfe eines elastischen Streifens aus Keramikfaserdecke mit einem Zwischenraum über einem unteren Tablett befestigt ist, wodurch eine Kammer gebildet wird, um die Mischung aus Gas und Luft zu erhalten, die von einem Venturi-Einspritzer geliefert wird, der unter der Unterfläche des Tabletts von einem an der besagten Unterfläche befestigten Metallträger gestützt wird. In diesem Fall wird die Wärme wieder durch Wärmeleitung von dem Tablett an das Versorgungssystem weitergegeben, das somit hohen Temperaturen ausgesetzt wird, was die Verwendung von herkömmlichen Dichtungen wie Polymerdichtungen oder von elektronischen Kontrollvorrichtungen unmöglich macht.
Ziele der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gasbrenner mit „echt wirkender Flamme" herzustellen, der sich von den vorherigen in seiner gesamten Materialzusammensetzung und dem Design unterscheidet.
Ein weiteres Ziel ist es, einen Gasbrenner zu bauen, der aus Materialien besteht, die dafür bekannt sind, keine krebserregenden Eigenschaften aufzuweisen und/oder den Kontakt des Verbrauchers mit schwebenden Faserpartikeln deutlich zu verringern.
Schließlich ist ein Ziel dieser Erfindung, einen Gasbrenner zu bauen, der möglicherweise keine metallenen Bauteile umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Das Gasbrennersystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst hitzebeständige Keramik, die aus Fasern besteht, die nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellt wurden. Als Alternative können ebenfalls biolösliche Keramikfasern verwendet werden. Die Stärke liegt Idealerweise zwischen 7 und 40 mm.
Biolösliche Keramikfasern können in physiologischen Flüssigkeiten aufgelöst werden. Diese letzte Eigenschaft ermöglicht es, sie von Asbestfasern und Keramikfasern zu unterscheiden, die dafür bekannt sind, bei den Personen, die mit ihnen arbeiten (z.B. Schneidevorgang), Lungenprobleme zu verursachen.
Diese Fasern können die Form von unbiegsamen, selbsttragenden Isolierplatten oder -tafeln haben und verschiedene Eigenschaften aufweisen, wie hohe Hitzebeständigkeit oder Beständigkeit gegen plötzliche Temperaturwechsel, ein schwaches Wärmeleitvermögen (wodurch für eine niedrige und stabile Temperatur der Mischung aus Gas und Primärluft in der inneren Kammer des Brenners gesorgt wird), sowie gute mechanische Resistenz.
Gemäß der Erfindung sind die unbiegsamen Platten aus nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten oder biolöslichen Keramikfasern luftdicht zusammengebaut, mit allen bekannten Mitteln, zum Beispiel Dichtungen, Schrauben, Nieten, Kleber usw.
Darstellungen von festen Brennstoffen (Holz, Kohle) aus hitzebeständigem Beton, aus hitzebeständigen Fasern usw. befinden sich optional auf der oberen Platte des Brenners.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ersten bevorzugten Umsetzung des Gasbrenners gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung der verschiedenen Platten aus Keramikfasern, aus denen der Gasbrenner in 1 besteht.
3 zeigt eine Darstellung des Querschnitts des Gasbrenners in 1.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zweiten bevorzugten Umsetzung des Gasbrenners gemäß der vorliegenden Erfindung.
5A und 5B zeigen eine Ansicht der oberen und unteren unbiegsamen Platten aus nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Keramikfasern oder biolöslichen Keramikfasern, aus denen der Gasbrenner in 4 besteht.
6 zeigt eine Darstellung des Querschnitts des Gasbrenners in 4.
Auf den Zeichnungen werden die gleichen Referenznummern für gleiche oder ähnliche Bauteile verwendet.
Beschreibung der bevorzugten Umsetzungen der Erfindung
Eine erste bevorzugte Umsetzungsform der Erfindung ist auf 1 dargestellt. Ein Brenner wird aus drei Platten aus gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten oder biolöslichen Keramikfasern (2) gebildet, die luftdicht verbunden sind: eine obere Platte 1, die über einem inneren Hohlraum 20 in einer mittleren Platte 2 und einer unteren Platte 3 hängt, in dem ein Venturi-Rohr 4 angeschlossen ist (3).
Die Mischung aus Brennstoff (Gas) und Oxidationsmittel (Primärluft) wird durch das Venturi-Rohr, das die Ansaugung der Luft durch Gaseinspritzung 5 gewährleistet, in den inneren Hohlraum 20 transportiert. Außerdem wird Sekundärluft horizontal zur Vorderseite 6 und zur Rückseite 7 des Brenners transportiert.
Einerseits ermöglicht dieser Vorgang Wirbelströmungen, wenn die Sekundärluft auf den aufsteigenden Strom der verbrannten Gase trifft, wodurch die Mischung aus Brennstoff (Gas) und Oxidationsmittel (Primärluft) homogenisiert wird, und andererseits wird die Kühlung der Flammen an ihrer Basis ermöglicht, so dass sie im Vergleich zu Flammen aus echtem Holz oder Kohle „schwächer" sind.
Die obere Platte 1 verfügt über zusätzliche Öffnungen (und/oder Schlitze) 21, die einerseits nah genug zueinander sind, damit sich die Flammen kreuzen, die aus den besagten Löchern heraustreten, und andererseits ein Verhältnis zwischen Durchmesser und Tiefe aufweisen, das den Rückstau im inneren Hohlraum verhindert. Außerdem sind diese Löcher sehr spezifisch angeordnet, so dass das Kreuzen der Flammen gefördert wird.
Der Brenner dieser Erfindung kann vorzugsweise mit einer Ablenkplatte 80 ausgestattet sein, die aus dem gleichem Material besteht, d.h. aus gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Keramikfasern oder aus Keramikfasern, die in physiologischen Flüssigkeiten löslich sind. Diese Ablenkplatte ist genau auf den besagten Brenner abgestimmt und weist oxidierende Eigenschaften auf, die die Verbrennungsgase sauberer machen.
Ein weiterer und unerwarteter Vorteil der Erfindung besteht in der Entdeckung, dass die Verwendung der Ablenkplatte 80 zu einer Verringerung des Kohlendioxidgehaltes der Verbrennungsgase führt. Außerdem wurde in Experimenten bewiesen, dass diese „katalytische" Eigenschaft nicht von der Art des verwendeten Brennstoffes abhängt (Holz, Gas, Kohle usw.).
Eine zweite bevorzugte Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung ist auf 4 dargestellt. Ein Brenner besteht aus zwei luftdicht verbundenen, unbiegsamen Platten aus Keramikfasern, die gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellt wurden (5). Platten aus biolöslichen Keramikfasern können ebenfalls verwendet werden, aber das zur Zeit auf dem Markt verfügbare Material ist immer noch sehr teuer, wodurch es für den Herstellungsprozess weniger interessant ist.
Der Brenner gemäß der vorliegenden Erfindung verfügt über einen oberen Teil (5A), der eine obere Platte 1 umfasst und über einem unteren Teil hängt (5B), der eine untere Platte 3 umfasst, die ausgehöhlt wurde, um eine Kammer 20 für die Mischung von Brennstoff und Luft zu bilden, und zusätzlich über eine Öffnung 30 für den Anschluss des Venturi-Rohres verfügt. Das Venturi-Rohr ist so mit dem unteren Teil des Ofens verbunden und der Brenner befindet sich darauf (6).
Der untere Teil des Brenners ist so entworfen, dass er mit Hilfe von stabilen Verschlüssen mit dem oberen Teil verbunden werden kann, um ein einteiliges Brennersystem zu bilden. Ein drittes gegossenes Element 5 aus Keramikfasern, das am unteren Teil des Brenners befestigt wird, hat besondere Abmessungen, so dass es als Behälter für das Venturi-Versorgungssystem 4 dienen kann. Das Venturi-System ist unten im Inneren des Ofens befestigt, mit einem doppelten becherförmigen Behälter 5, 5A.
Der obere Teil der oberen Platte 1 (5A) zeichnet sich durch eine sehr genaue Oberflächentopografie 9 aus, die aussieht wie Asche, glühende Kohlestücke und Holzscheite, die die Oberfläche eines „echten" Holz- oder Kohleofens nachstellen. Außerdem können künstliche Holzscheite auf dieser oberen Fläche angebracht werden (nicht abgebildet).
Die Mischung aus Brennstoff (Gas) und Oxidationsmittel (Primärluft) wird durch das Venturi-Rohr, das die Ansaugung der Luft durch Gaseinspritzung 5 gewährleistet, in den inneren Hohlraum 20 transportiert. Die Mischung aus Gas und Primärluft wird durch eine Reihe von Öffnungen und/oder Schlitzen 8, die auf der oberen Platte 1 angebracht sind und mit der Mischkammer 20 verbunden sind, an die Oberfläche des Brenners geleitet.
Diese Löcher (und/oder Schlitze) sind einerseits nah genug zueinander, damit sich die Flammen kreuzen, die aus den besagten Löchern heraustreten, und weisen andererseits ein Verhältnis zwischen Durchmesser und Tiefe auf, das den Rückstau im inneren Hohlraum verhindert. Darüber hinaus sind diese Löcher sehr spezifisch angeordnet, so dass das Kreuzen der Flammen gefördert wird.
Außerdem ist der Brenner mit Öffnungen 6, 7 für Sekundärluft ausgestattet, die sich auf den Platten 1 und 3 befinden und darauf aufgereiht sind.
Einerseits ermöglicht dieser Vorgang Wirbelströmungen, wenn die Sekundärluft auf den aufsteigenden Strom der verbrannten Gase trifft, wodurch die Mischung aus Brennstoff (Gas) und Oxidationsmittel (Primärluft) homogenisiert wird, und andererseits wird die Kühlung der Flammen an ihrer Basis ermöglicht, so dass sie im Vergleich zu Flammen aus echtem Holz oder Kohle „schwächer" sind.
Der Brenner dieser Erfindung kann vorzugsweise mit einer Ablenkplatte ausgestattet sein, die aus dem gleichem Material besteht, d.h. aus gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Keramikfasern (nicht dargestellt). Diese Ablenkplatte ist genau auf den besagten Brenner abgestimmt und weist oxidierende Eigenschaften auf, die die Verbrennungsgase sauberer machen.
Ein weiterer und unerwarteter Vorteil der Erfindung besteht in der Entdeckung, dass die Verwendung der Ablenkplatte wie oben erwähnt zu einer Verringerung des Kohlendioxidgehaltes der Verbrennungsgase führt.

Claims

Ein Gasbrenner, der sich darin befindliche „künstliche Brennstoffe" zum Glühen bringt, bekannt als Gasbrenner mit „echt wirkender Flamme", für die Verwendung in Einraumheizungen, umfassend ein hartes, aus gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Keramikfasern bestehendes Multipanel-Element, das aus 2 oder 3 selbsttragenden Platten oder Tafeln (1, 3; 1, 2, 3) besteht, an das ein Leitungssystem mit Venturi-Rohren (4) angeschlossen wird, um den Gasbrenner durch Einblasung von Primärluft und Brennstoff zu versorgen, wobei eine erste obere Platte (1), die über eine Reihe von Bohrungen und/oder Schlitzen verfügt, auf eine zweite untere Platte (3) gelegt und luftdicht an ihr befestigt wird, wobei eine harte, aus gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Keramikfasern bestehende Zwischenplatte (2) möglicherweise zwischen die besagte erste und zweite Platte gelegt und luftdicht an ihnen befestigt werden kann; in der besagten zweiten Platte (3) bzw. in der besagten Zwischenplatte (2) bzw. in dem Gehäuse aus zwei Platten (1, 3) bzw. dem Gehäuse aus drei Platten (1, 2, 3) wird ein Hohlraum (20) erzeugt und als Mischkammer für Primärluft und Brennstoff verwendet; ein Behälter (5), ebenfalls aus gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Keramikfasern, wird an der besagten unteren Platte (3) befestigt, um mit dem besagten Leitungssystem aus Venturi-Rohren (4) verbunden zu werden.
Der Gasbrenner gemäß Anspruch 1, wobei der besagte Brenner mit Vorrichtungen ausgestattet ist, um die Sekundärluft horizontal zur Vorder- und Rückseite der oberen Platte zu transportieren.
Der Gasbrenner gemäß Anspruch 2, wobei die besagten Vorrichtungen axial ausgerichtete Öffnungen (6; 7) in der oberen, der unteren und möglicherweise der Zwischenplatte (1, 2, 3) aufweisen und jede der besagten Platten mindestens eine der besagten Öffnungen aufweist.
Der Gasbrenner gemäß Anspruch 1, wobei das Multipanel-Element und der Behälter aus Keramikfasern bestehen, die in physiologischen Flüssigkeiten löslich sind, oder aus Keramikfasern, die sich durch eine, sehr niedrige Biopersistenz auszeichnen.
Der Gasbrenner gemäß Anspruch 1, wobei das Multipanel-Element mit einer Ablenkplatte (80) abgedeckt ist, die aus gemäß dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten Keramikfasern oder aus biolöslichen Keramikfasern besteht, zur Verringerung des Kohlendioxydgehalts der Verbrennungsgase und zur Oxydierung der Verbrennungsgase.
Der Gasbrenner gemäß Anspruch 1, wobei die besagten künstlichen Brennstoffe Darstellungen fester Brennstoffe wie Holz oder Kohle enthalten, die aus hitzebeständigem Beton oder feuerfesten Fasern bestehen.