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Atmosphärischer Zünd-Gasbrenner Die Erfindung betrifft einen atmosphärischen
Zünd-Gasbrenner mit einer Gasdüse, durch die Gas in einen Injektorraum mit Lufteinlaßbohrungen
strömt und Luft mitreißt, wobei der Injektorraum einerseits eine zentrale, der Gasdüse
gegenüberliegende Öffnung und andererseits seinen Mantel durchdringende und in einen
durch einen Korb umschlossenen Raum führende Kanäle aufweist, der von einer Flammhalterscheibe
stirnseitig abgedeckt ist, die mit einem Kranz von am Umfang angeordneten Ausströmöffnungen
versehen ist, sowie mit einer Zündelektrode und einer Flarnmenwächterelektrode.
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Bei Gasbrennern wird im allgemeinen ein Gebläse zum Zuführen der Verbrennungsluft
eingesetzt. Es sind Jedoch auch sogenannte atmosphärische Gasbrenner bekannt, die
selbst Luft dadurch ansaugen, daß das Gas in einen entsprechend geformten Inåektorraum
einströmt und dabei Luft mitreißt, die durch Öffnungen in der Wandung des Injektorraumes
zuströmt Derartige atmosphärische Gasbrenner sind zwar als Kochherdbreiiner ebenso
wie als sogenannte Bunsenbrenner für sehr kleine Heizleistungen bekannt, sie haben
sich aber für größere Heizleistungen, wie sie in Heizungsanlagen gefordert werden,
erst später durchsetzen können. Bei atmosphärischen Gasbrennern ist eine exakte
Abstimmung des InJektorraumes, der der Gasdüse gegenüberliegenden zentralen Öffnung,
der Luftzuströmöffnungen in den Injektorraum und der zum Korb führenden Kanäle erforderlich.
leine Abstimmung der einzelnen Größen aufeinander ist nur bei der Entwicklung möglich
und später auf das Auswechseln der Gasdüse oder des ganzen Brenners beschränkt.
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Eine feinfühlige Anpassung ließe sich nur mit großem Aufwand verwirklichen.
Dabei ist zu beachten, daß der Brenner so konstruiert ist, daß zwischen Gasdüse
und Flammhalterscheibe ein möglichst geringer Druckabfall bei richtiger Luftzumessung
stattfindet und der Großteil des Druckabfalles im Bereich der Flammhalterscheibe
durch gute Verwirbelung und Durchmischung von Gas und Luft erreicht wird.
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Bei Heizanlagen ist der Brenner als Zünd-Gasbrenner ausgebildet, der
zu Beginn des Heizvorganges für eine Entzündung des Gases sorgt, wobei zusätzlich
eine Flammenwächterelektrode
mit angeschlossener Wächters chaltung
vorgesehen ist, die bei Wegfall der Flamme ein Signal abgibt, das ein Abschalten
der Gaszufuhr zeitverzögert bewirkt, um mit Sicherheit zu verhindern, daß sich nicht
zù große Mengen unverbrannten Gases im Kesselraum ansammeln, die bei Entzündung
zu Verpuffungen oder verheerenden Explosionen führen könnten. Es ist daher der Brenner
mit einer isoliert zugefiihrten elektrode versehen, die dem gezackten Rand der Flammhalterscheibe
im Abstand von einigen Millimeter gegenübersteht, wobei Hochspannungs funken überspringen,
die das Gas-LuStgemisch entzünden. Auf der gegenüberliegendeIl Beite der Flammhalterscheibe
ist die Flammenwächterelektrode angebracht, über die bei bestehen-ler Flamme ein
allerdings sehr schwacher Ionisationsstrom fließt, der nach Verstärken als Indikator
für das Vorhandensein einer Flarnine dient.
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Die Elektroden sind in möglichst großem bstcmd voneinander angeordnet,
um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden, Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, derartige atmosphärische Zünd-Gasbrenner zu verbessern und die zuvor beschriebenen
Nachteile zu vermeiden. Insbesondere soll eine leichte Anpaßbarkeit des Gasbrenners
an örtliche Verhältnisse möglich sein. Darüber hinaus soll die Erzielung einer verbesserten
Flammenüberwachung möglich seinO Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Zünd-Gasbrenner
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß in
die zentrale
Bohrung ein Röhrchen eingesetzt ist, das einerseits über die Ebene der Flammhalterscheibe
hinaus vorsteht und das andererseits bis näher an die Gasdüse reicht als die vom
Injektorraum in den Korbraum führende den Öffnungen.
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Durch das Vorsehen dieses Röhrchens läßt sich ein völlig neue Eigenschaften
aufweisender atmosphärischer Zünd-Gasbrenner schaffen. Das Röhrchen, an dessen Ausgang
die eigentliche Zündflamme steht, steht der Gasdüse gegenüber. Durch Variation des
Abstandes des Röhrchens von der Gasdüse läßt sich Größe bzwo Länge der an der Röhrchenmündung
stehenden Zündflamme einstellen. Durch axiales Verschieben des Röhrchens läßt sich
eine Anpassung an örtliche Gegebenheiten in einem ausreichend großen Bereich erzielen.
Durch diese relativ einfache konstruktive Änderung, nämlich das Vorsehen eines indie
zentrale Bohrung eingesetzten Röhrchens, läßt sich die gewünschte Anpaßbarkeit des
Brenners erreichen. Das axial verschiebbare und in der eingestellten Position fixierbare
Röhrchen eröffnet aber noch zusätzliche Möglichkeiten, wie anschließend erläutert
wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht die Zündelektrode
nicht dem Rand der Flammhalterscheibe sondern der Röhrchenstirnseite mit Abstand
gegenüber.
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Dadurch wird zwar der Abstand zwischen der Zündelektrode und der Flammenwächterelektrode
vermindert, was zunächst nachteilige Auswirkungen hinsichtlich der Beeinflussung
des Ionisationsstromes befürchten läßt. Es hat sich aber
gezeigt,
daß wegen des axialen tiberstandes des röhrchens über die Ebene der Flammhalterscheibe
nicht nur eine derartige unerwünschte Beeinflussung nicht auftritt, sondern daß
darüber hinaus noch der Ionisationsstrom größer wird.
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Dadurch wird das Signal, das aus dem Unterschied zwischen praktisch
fehlendem und vorhandenen Ionisationsstrom gewonnen wird, zuverlässiger, weil die
Differenz dieser beiden Werte wesentlich vergrößert wird0 Zwar wird bereits durch
das Vorsehen des Röhrchens der bekannte Gasbrenner wesentlich verbessert, doch läßt
sich zusätzlich eine weitere wesentliche Verbesserung dann erzielen, wenn die zum
Korbraum führenden Kanäle eine größere axiale als radiale Richtungskomponente aufweisen.
Diese Kanäle münden in den InJektorraum in einem Bereich, der stromab vom inneren
Ende des Röhrchens liegt. Durch die spitzwinklige Anordnung dieser Kanäle, die vorzugswese
als Bohrungen ausgebildet sind, die eine Kegelmantelfläche definieren, wird eine
sehr viel bessere Strömung erreicht als bei der bekannten hnordnung, wo die Öffnungen
in der Wandung des Injektorraums etwa radial in den Korbraum führten. Bei der erfindungsgemäßen
Ausführungsform des Zünd-Gasbrenners ist der Druckabfall zwischen Injektorraum und
Flammenhalterscheibe sehr viel geringer als bei dem bekannten Brenner, weshalb im
Durchatrömungsbereich der Flammhalterscheibe ein größerer Druckabfall und damit
eine bessere Verwirbelung und Durchmischung erreicht wird. Außerdem wird eine bessere
Luftansaugung wegen der verbesserten Strömungsausbildung erzielt. Durch die gewählte
Venturi-Verteilung
wird aber überraschenderweise auch der über die
Flammenwächterelektrode fließende Ionisationsstrom wesentlich erhöht. Der größere
Sprung des Ionisationsstromes zwischen vorhandener Flamme und fehlender Flamme erhöht
nicht nur die Sicherheit der Flammenüberwachung sondern ermöglicht darüber hinaus
noch eine Vereinfachung der erforderlichen Verstärkerschaltung, weil die Eingangsgröße,
nämlich der Ionisationsstrom bei vorhandener Flamme, wesentlich vergrößert ist.
Dabei ist der Winkel, den die Kanäle mit der Achse des Zünd-Gasbrenners einnehmen,
bevorzugt zwischen etwa 20 und 300; es hat also der Kegel, den die Kanäle beschreiben,
einen Kegelwinkel von etwa 40 bis 600.
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Dieser Winkel kann Jedoch auch, wenn eine größere Baulänge in Kauf
genommen wird, vermindert oder umgekehrt, wenn keine so große Baulänge gewünscht
ist, vergrößert werden.
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Während bei den bekannten Brennern der Korbraum im wesentlichen die
Gestalt eines flachen Zylinders mit zentraler, axialer Aussparung aufweist, ist
der Korbraum bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als unmittelbar an
die Flammhalterscheibe angrenzender Ringraum ausgebildet. Dabei ist der Korbraum
als Diffusor gestaltet und es weist die Korbwand die Gestalt eines Kegelstumpf mantels
auf. Diese Ausbildung des Korbes als Diffusor, in den die Kanäle mit etwa gleichem
Kegelwinkel übergehen, verbessert die Strömungseigenschaften zusätzlich und kann
zur Druckrückgewinnung, wie bei Diffusoren bekannt, ausgenutzt werden. Es wird dadurch
der zur Verfügung stehende Druckabfall für die Flammhalterdurchströmung noch zusätzlich
erhöht, was zur weiteren
Verbesserungen der Burchwilobelung und
Durchmischung genutzt wird.
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Der Kegelstumpfmantel des Korbes geht, bei einer bevorzugten weiteren
Ausgestaltung in einer' axial kurzen Zylinderabschnitt über, der die Ylamnlllnl
telscheibe trägt.
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Obwohl durch das axial verschiebbare Röhrchen, das vor die Flammhalterscheibe
um etwa 4 bis 7 mm vorsteht und in axialer Richtung einen üblichen Verschiebebereich
von etwa 2 mm hat, wobei die Flammhalterscheibe einen Durchmesser von etwa 25 mm
aufweist, ein relativ großer Verstellbereich erzielbar ist, muß bei der Umstellung
auf andere Gasarten dennoch die Gasdüse ausgewechselt werden. Zu diesem Zweck ist
bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Gas düse in einer Verschraubung
befestigt, die ihrerseits im Gas der Flammhalterscheibe abgewandte Ende des Brenners
eingeschraubt ist. Durch Herausdrehen der Verschraubung aus dem Brenner ist also
sogleich die Düse gut zur Auswechslung zugänglich und es kann auf eine Befestigung
der Düse im Brenner verzichtet werden0 Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit den Unteransprüchen.
Es zeigen in vereinfachter, schematisierter Darstellung: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch einen Zünd-Gasbrenner, Fig. 2 eine Seitenansicht auf den Brenner gemäß Fig.
1, der in eine Tragplatte eingebaut ist, die zwei Elektroden trägt, und
Fig.
3 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 2 in Richtung des Pfeiles III.
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In eine Verschraubung 1, die sich am Ende einer nicht dargestellten
Gaszuführungsleitung befindet ist eine Gasdüse 2 eingeschraubt, durch deren stirnseitige
Bohrung 3 mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm Gas ausströmt. Die Gadüse 2 befindet
sich in einem Rohrkörper 4, in den, etwa auf Höhe der Mündung der Bohrung 3, vier
Querbohrungen 5 eingearbeitet sind, durch die ein von dem Rohrkörper 4 umschlossener
Injektorraum 6 mit der Außenatmosphäre verbunden ist. Der Rohrkörper 4 ist an seinem
der Gasdüse 2 abgewandten Ende mit einer im Durchmesser gegenüber dem Durchmesser
des Injektorraumes 6 etwa auf die Hälfte im Durchmesser verkleinerten Bohrung 7
versehen, in die ein axial verschiebbares Röhrchen 8 eingesetzt ist. Im Bereich
der Mündung der Bohrung 7 in dem Injektorraum 6 münden auch Kanäle 9 in den Injektorraum
6 die als Bohrungen ausgebildet sind, die unter einem Winkel von 250 zur Achse des
Rohrkörpers 4 ausgerichtet sind0 Die Kanäle 9 bilden einen auf einem Kegelmantel
liegenden Kranz von aus dem Injektorraum 6 mit kleinerer radialer und größerer axialer
Komponente nach außen und von der Gasdüse 2 wegführenden Kanälen, Die äußeren Mündungen
der Kanäle 9 sind von einem Korb 10 überdeckt, der einen kegelstumpfförmigen Mantelabschnitt
und einen daran einen größeren Durchmesser anschließenden Zylindermantelabschnitt
umfaßt.
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Das der Gasdüse 2 abgewandte Ende des Rohrkörpers 4 begrenzt einen
Ringraum 11 innen, wogegen der Korb 10 diesen
Ringraum radial außen
abschließt. Die der Gasdüse 2 abgewandte Frontseite des Ringraumes 11 ist von einer
Flammhalterscheibe 12 abgedeckt, die mit ihrem inneren Rand auf einen Ansatz an
dem der Düse 2 abgewandten Ende der Stirnseite des Rohrkörpers 4 aufgesteckt ist,
wogegen ihr äußerer Rand an dem Zylindermantelabschnitt des Korbes 10 reicht. Der
äußere Rand der Flamiahalterscheibe 12 ist gezahnt und es bestehen zwischen den
Zähnen und dem Korb kleine, im Querschnitt dreieckförmige Kanäle, durch die das
Gas-Luftgemisch ausströmt Auf der äußeren Seite der Flammhalterscheibe 12 befindet
sich bei in Betrieb befindlichem Brenner die Flamme, wogegen an der Mündung des
Röhrchens 8 eine Ziindflamme steht0 Das durch die Bohrung 3 ausströmende Gas reisst
durch die Querbohrungen 5 hindurch Luft mit. Die Anordnung wirkt als Injektor. Ein
eine höhere Gaskonzentration aufweisender Anteil des Gemisches gelangt durch das
Röhrchen 8 nach außen und bilciet die Zündflamme, wogegen ein einen höheren Luftanteil
aufweisendes Gemisch am Röhrchen vorbei und durch die Kanäle 9 in den Ringraum 11
strömt, wo im Bereich der Durchströmung der Zähne der Flammhalterscheibe 12 eine
intensive Verwirbelung und Durchmischung erfolgt, was zu einer guten Vurbrelulung
und einer stabilen Flamme führt, Der in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Sün(l-Gasbrenner
14 ist zum Einbau in eine Iteizungsalllage in eine zentrale aussparung einer Druckgußplatte
13 mit seinem
Rohrkörper 4 eingesteckt und durch eine Klemmschraube
15 fixiert. Die Druckgußplatte 13 weist außer zwei Montageöffnungen 16 auch noch
zwei Öffnungen zur Aufnahme Je eines hohlen Isolators 17 bzw. 18 auf, von denen
einer eine Zündelektrode 19 und der andere eine Flammerwächterelektrode 20 trägt,
die auf der der Verschraubung 1 benachbarten Seite mit elektrischen Anschlüssen
21 versehen sind. Die Zündelektrode 19 verläuft nach dem Austritt aus dem Isolator
17 etwa parallel zur Achse des Zünd-Gasbnnners 14 und ist dann um 90° abgekantet
und reicht bis vor die Mündung des Röhrchens 8, von dessen Mündung sie einen axialen
Abstand von etwa 5 bis 6 mm aufweist. Das Bunde der Elektrode ist außerdem seitlich
etwas zum Röhrchen 8 versetzt, wie big. 3 zeigt.
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Die Flammenwächterelektrode 20 ist dagegen nach dem Austritt aus dem
Isolator 18 etwa halbkreisbogenförmig gekrümmt und ragt mit ihrem freien Ende bis
etwa 3 bis 5 mm axial vor die Zahnung der Flamrnhalterscheibe 12. Auch ist das freie
Ende der Flammenwächterelektrode 20 zugespitzt0