[0001] Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner mit einem Brennerkörper, der zumindest teilweise
von einer porösen Struktur durchdrungen ist, wobei in der porösen Struktur die Verbrennung
eines Brenngas-Luft-Gemisches stattfindet, und wobei dem Brennerkörper zum Abtausch
der entstandenen Verbrennungswärme wenigstens ein Wärmetauscher zugeordnet ist.
[0002] Bei solchen Gasbrennern ist der Brennerkörper in Strömungsrichtung des Brenngas-Luft-Gemisches
von einem Wärmetauschersystem umgeben. Über den Wärmetauscher kann die entstandene
Verbrennungswärme infolge von Strahlungsvorgängen und Konvektion ausgekoppelt werden.
Die Reaktionszone in der das Brenngas-Luft-Gemisch verbrennt ist bei verschiedenen
Leistungsstufen unterschiedlich weit ausgedehnt. Bei niedrigen Brennerleistungen ist
die Reaktionszone nur, in Strömungsrichtung gesehen, sehr schmal ausgebildet. Bei
hohen Brennerleistungen vergrößert sich die Reaktionszone. Es hat sich gezeigt, daß
bei niedrigen Brennerleistungen ein relativ hoher Anteil an Kohlenmonoxid produziert
wird.
[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gasbrenner der eingangs erwähnten Art zu schaffen,
der sich durch eine niedrige Kohlenmonoxid-Produktion auszeichnet.
[0004] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die verfügbare Brennzone des Brennerkörpers
in wenigstens zwei Teil-Brennzonen untergliedert ist und daß aus der ersten Teil-Brennzone
(warme Teil-Brennzone), die im Bereich einer bei kleinen Brennerleitungen gebildeten
Reaktionszone angeordnet ist, weniger Wärme in das dem Brennerkörper umgebenden Raum
auskoppelbar ist, als aus der/den übrigen Teil-Brennzone (n) (kalte Brennzone).
[0005] Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei niedriger Brennerleistung
die Wärmeauskopplung zu einem Temperaturgefälle innerhalb des Brennerkörpers führt.
Damit treten im Randbereich des Brennerkörpers Bereiche unvollständiger Verbrennung
auf. Die Temperatur, die erforderlich ist, daß CO zu CO
2 ausreagiert, ist nicht mehr ausreichend. Erfindungsgemäß wird eine Reaktionszone,
die der niedrigen Brennerleistung zugeordnet ist, von starker Wärmeauskopplung abgeschirmt,
so daß sich in der Reaktionszone eine gleichmäßige Temperaturverteilung ergibt. Dabei
ist das Temperaturniveau ausreichend, um CO zu CO
2 ausreagieren zu lassen. Bei großen Brennerleistungen erstreckt sich die Reaktionszone
auch in die kalte Brennzone. Hier ist das Temperaturnieveau im gesamten Brennerkörper
ausreichend hoch, um niedrige Abgasemissionen zu erhalten. Die Auskopplung von Wärme
über die Wärmetauscher hat dann keinen großen Einfluß mehr auf die CO-Emission.
[0006] Um die unterschiedliche Wärmeauskopplung zu erreichen, kann beispielsweise vorgesehen
sein, daß die erste Teil-Brennzone gegenüber der Umgebung mittels einer Isolierung
abgeschirmt ist, die den Brennerkörper zumindest teilweise umgibt.
[0007] Eine mögliche Erfindungsvariante zeichnet sich dadurch aus, daß der Brennerkörper
nur im Bereich der kalten Teil-Brennzone von einem Wärmetauscher umgeben ist. Es ist
jedoch auch denkbar, daß der Brennerkörper zumindest im Bereich der gesamten Brennzone
von einem Wärmetauscher umgeben ist und daß die Isolierung zwischen dem Wärmetauscher
und dem Brennerkörper angeordnet ist.
[0008] Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß am abgasseitigen
Bereich und in Strömungsrichtung des Brenngas-Luft-Gemisches hinter dem Brennerkörper
ein Abgas-Wärmetauscher angeordnet ist.
[0009] Ein erfindungsgemäßer Gasbrenner kann dadurch gekennzeichnet sein, daß das Brenngas-Luft-Gemisch
dem Brennerkörper über eine Verteilerplatte zugeleitet ist, die sich an eine Vorkammer
anschließt und daß sich in Strömungsrichtung des Brenngas-Luft-Gemisches die warme
Teil-Brennzone an die Verteilerplatte anschließt. Bei dieser Anordnung wirkt die Verteilerplatte
als Rückschlagsicherung, die verhindert, daß sich Flammen in den Gaszuführtrakt ausbreiten
können. Die Rückschlagsicherung kann gekühlt oder ungekühlt realisiert sein, wobei
für die Kühlung das Heizungswasser genutzt werden kann. Die warme Teil-Brennzone ist
im unmittelbaren Anschluß an die Verteilerplatte ausgebildet. Bei niedrigen Brennerleistungen
wird sich die Reaktionszone im Anschluß an die Verteilerplatte nur über eine kurze
Strecke in den Brennerkörper hinein ausdehnen.
[0010] Bei einem solchen Gasbrenner kann es insbesondere vorgesehen sein, daß die Verteilerplatte
in ein Basisteil eingebaut ist, daß auf die brennkammerseitige, ebene Oberfläche der
Verteilerplatte der Brennerkörper aufgesetzt ist und daß die ringförmige Isolierung
derart auf das Basisteil aufgesetzt ist, daß die warme Teil-Brennzone direkt im Anschluß
an die Verteilerplatte gegenüber der Umgebung isoliert ist.
[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- in schematischer Seitenansicht und im Schnitt einen Gasbrenner und
- Fig. 2
- in schematischer Seitenansicht und im Schnitt einen gegenüber dem Gasbrenner gemäß
Fig. 1 modifizierten Gasbrenner.
[0012] In der Fig. 1 ist ein Gasbrenner im Schnitt dargestellt. Der Gasbrenner weist eine
Zuführleitung 11 auf, über die ein Brenngas-Luft-Gemisch in eine Vorkammer 13 eingeleitet
wird. Die Vorkammer 13 ist in einem Basisteil 12 des Gasbrenners untergebracht. Im
Anschluß an die Vorkammer 13 ist in das Basisteil 12 eine Verteilerplatte 14 eingesetzt.
Die Verteilerplatte erstreckt sich quer zur Zuströmrichtung des Gas-Luft-Gemisches.
Die Oberseite der Verteilerplatte 14 schließt mit der Oberseite des Basisteiles 12
bündig ab. Auf die Verteilerplatte 14 ist ein Brennerkörper 15 aufgesetzt. Der Brennerkörper
15 ist aus einem porösen Material gebildet. Als Material kann beispielsweise ein Keramikschaum,
ein Metallschaum, ein Drahtgestrick oder auch eine Schüttung aus festen Körpern verwendet
sein, die unter Bildung von Poren aneinanderliegen.
[0013] Der Brennerkörper ist von einer ringförmigen Isolierung 16 umgeben. Die Isolierung
16 erstreckt sich dabei in Strömungsrichtung des Luft-Gas-Gemisches nur über einen
Teilbereich des Brennerkörpers 15. Diese Teilbereich wird im folgenden als warme Zone
A bezeichnet. Im Anschluß an diese warme Zone A schließt sich eine gekühlte Zone B
an. Im Bereich dieser gekühlten Zone B ist der Brennerkörper 15 von einem Wärmetauscher
17 eingefaßt. Der Wärmetauscher 17 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einer
Rohrschlange gebildet, die im Abstand um den Brennerkörper 15 gewickelt ist. Abgasseitig
ist der Brennerkörper 15 von einem Abgaswärmetauscher 18 überdeckte Der Abgaswärmetauscher
18 ist von Kühlleitungen 18.1 durchzogen. Mittels der Isolierung 16 werden im Brennerkörper
15 im wesentlichen zwei Reaktionszonen ausgebildet, in denen eine Verbrennung stattfindet.
Bei niedrigen Brennerleistungen erstreckt sich die Flammenfront nicht über die warme
Zone A hinaus. Da die Isolierung 16 einen seitlichen Wärmeabfall verhindert, wird
über den Querschnitt des Brennerkörpers 15 eine in etwa gleichmäßige Temperaturverteilung
erreicht. Die Isolierung 16 verhindert also ein Auskühlen der Randbereiche des Brennerkörpers,
wodurch die erfindungsgemäße niedrige Produktion von Kohlenmonoxid erreicht wird.
Bei höheren Brennerleistungen breitet sich die Reaktionszone über die die warme Zone
A hinaus in die gekühlte Zone B. Bei solchen hohen Brennerleistungen entsteht trotz
der seitlichen Auskoppelung von Wärme über den Wärmetauscher 17 ein relativ gleichmäßiges
Temperaturgefüge in dem Brennerkörper 15. Die in der Fig. 1 beschriebene Anordnung
stellt also sicher, daß sowohl bei niedrigen Brennerleistungen als auch bei hohen
Brennerleistungen ausreichende Temperaturen über den gesamten Querschnitt des Brennerkörpers
15 zur Verfügung stehen, die ein Ausreagieren von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid erlauben.
[0014] In der Fig. 2 ist ein Gasbrenner veranschaulicht, der sich von dem Gasbrenner gemäß
Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß sich der Wärmetauscher 17 in Strömungsrichtung des
Gas-Luft-Gemisches gesehen auch über die warme Zone A hinweg erstreckt. Zwischen dem
Wärmetauscher 17 und dem Brennerkörper 15 ist die Isolierung 16 angeordnet. Die bei
niedrigen Brennerleistungen entstehende Wärme wird zum größten Teil über den Abgas-Wärmetauscher
18 abgetauscht. Die Wärme, die durch die Isolierung 16 hindurchgeleitet ist, wird
bei dieser Anordnung noch über den Wärmetauscher 17 verfügbar gemacht. Die in den
Ausführungsbeispielen beschriebenen Gasbrenner eignen sich besonders für Heizgeräte,
die auch zur Erwärmung von Brauchwasser eingesetzt werden. Zu Heizzwecken wird eine
kleine Heizleistung benötigt. Hierbei findet die Verbrennung in der warmen Zone A
statt. Wenn nun ein Brauchwasserbedarf entsteht, so erhöht sich die Brennerleistung,
wobei dann die Verbrennung sowohl in der warmen als auch der kalten Zone A und B stattfindet.
Bei den erfindungsgemäßen Gasbrennern kann auch ein weiter Modulationsbereich für
die Brennerleistung verwirklicht werden, wobei stets geringe Emissionen von Kohlenmonoxid
vorliegen.
1. Gasbrenner mit einem Brennerkörper, der zumindest teilweise von einer porösen Struktur
durchdrungen ist, wobei in der porösen Struktur die Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches
stattfindet, und wobei dem Brennerkörper zum Abtausch der entstandenen Verbrennungswärme
wenigstens ein Wärmetauscher zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verfügbare Brennzone des Brennerkörpers (15) in wenigstens zwei Teil-Brennzonen
(A, B) untergliedert ist und
daß aus der ersten Teil-Brennzone (warme Teil-Brennzone) (A), die im Bereich einer
bei kleinen Brennerleitungen gebildeten Reaktionszone angeordnet ist, weniger Wärme
in das dem Brennerkörper (15) umgebenden Raum auskoppelbar ist, als aus der/den übrigen
Teil-Brennzone (n) (kalte Brennzone (B)).
2. Gasbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Teil-Brennzone (A) gegenüber der Umgebung mittels einer Isolierung (16)
abgeschirmt ist, die den Brennerkörper (15) zumindest teilweise umgibt.
3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennerkörper (15) nur im Bereich der kalten Teil-Brennzone (B) von einem
Wärmetauscher (17) umgeben ist.
4. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Brennerkörper (15) zumindest im Bereich der gesamten Brennzone von einem Wärmetauscher
(17) umgeben ist und
daß die Isolierung (16) zwischen dem Wärmetauscher (17) und dem Brennerkörper (15)
angeordnet ist.
5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß am abgasseitigen Bereich und in Strömungsrichtung des Brenngas-Luft-Gemisches
hinter dem Brennerkörper (15) ein Abgas-Wärmetauscher (18) angeordnet ist.
6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Brenngas-Luft-Gemisch dem Brennerkörper (15) über eine als Rückschlagsicherung
ausgebildete Verteilerplatte (14) zugeleitet ist, die sich an eine Vorkammer (13)
anschließt und
daß sich in Strömungsrichtung des Brenngas-Luft-Gemisches die warme Teil-Brennzone
(A) an die Verteilerplatte (14) anschließt.
7. Gasbrenner nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verteilerplatte (14) in ein Basisteil (12) eingebaut ist, daß auf die brennkammerseitige,
ebene Oberfläche der Verteilerplatte (14) der Brennerkörper (15) aufgesetzt ist und
daß die ringförmige Isolierung (16) derart auf das Basisteil (12) aufgesetzt ist,
daß die warme Teil-Brennzone (A) direkt im Anschluß an die Verteilerplatte (14) gegenüber
der Umgebung isoliert ist.