DE69230761T2 - Gasheizofen mit brennern die ohne zusatzluft funktionieren - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft Heizvorrichtungen, insbesondere mit Gas befeuerte Heizvorrichtungen.
• Die Erfindung ist hauptsächlich zur Verwendung als Warmwasserbereiter, Raumheizgerät o. dgl. entwickelt worden und wird nachstehend unter Bezugnahme auf diese Anwendungen beschrieben werden. Es leuchtet jedoch ein, daß die Erfindung nicht auf diese speziellen Verwendungsgebiete beschränkt ist.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz speziell auf mit Gas befeuerte Heizvorrichtungen mit einem mit Gas befeuerten Brenner, in dem die Verbrennung an oder in der Nähe einer Brennfläche stattfindet, die unter Unterdruck gehalten ist. Der Brenner wird unter Bedingungen betrieben, die hauptsächlich zu konvektiver Wärmeübertragung und zu verringerter Abgabe von Stickstoffoxiden (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) führen.
• Es werden zwei Ausführungsformen dieser Erfindung erläutert. Eine Ausführungsform bildet einen neuartigen und verbesserten Warmwasserbereiter, bei dem eine Leistungsverbesserung durch Anordnen der Brennfläche in einer abgedichteten Verbrennungskammer erzielt wird, die unter Unterdruck gehalten wird, ohne daß kraftbetriebene mechanische Ventilatoren oder Gebläse benutzt werden. Eine zweite Ausführungsform bildet einen neuartigen und verbesserten Raumheizofen, bei dem die Brennfläche des Brenners unter Unterdruck gehalten chen, die heißer oder kühler als der Durchschnitt sind. Eine solche Ungleichmäßigkeit der Verbrennung führt zur lokalen Erzeugung unerwünschter Verbrennungsprodukte, insbesondere Kohlenmonoxid (CO) und Stickstoffoxiden (NOx).
• Mit Gas befeuerte Raumheizöfen, die hauptsächlich konvektive Wärmeübertragung nutzen, müssen die erwärmte Luft bei einer genügend niedrigen Temperatur umwälzen, um Verletzungen oder Schäden bei Aufrechterhaltung der Bequemlichkeit der Raumbenutzer zu vermeiden. Bei direkter Wärmeübertragung mußte die umgewälzte erwärmte Luft bisher mit kühlerer Raumluft verdünnt werden, die als Zusatzverbrennungsluft durch den Heizofen geleitet wurde. Jedoch kompliziert die Zusatzverbrennungsluft im allgemeinen den Verbrennungsvorgang und führt zur Emission größerer Mengen Schadstoffe.
• Für Warmwasserbereiter gibt es zahlreiche herkömmliche Gasbrenner, von denen zwei Beispiele in den US-Patentschriften 4510,890 (COWAN) und 4,867,106 (STAATS) offenbart sind.
• STAATS beschreibt einen Warmwasserbereiter mit einem isolierten Wasserbehälter mit einem Rauchzugrohr, das sich ab einer Verbrennungskammer erstreckt, die einen unter dem Behälter angeordneten Brenner mit entleuchteter Flamme umgibt. Um die Wärmeübertragung auf die Flüssigkeit im Behälter so groß wie möglich zu machen, werden im Rauchzug Einbauten verwendet. Zur Unterstützung der Ableitung der Abgasprodukte aus dem mit Einbauten versehenen Rauchzug in eine durch die Wand hindurchgeführte direkte Entlüftungsöffnung wird ein Abluftventilator benutzt. Da dieser Warmwasserbereiter einen Brenner mit entleuchteter Flamme verwendet, der mit der Verbrennung von Primär- und Zusatzluft arbeitet, werden große Stickstoffoxid-Emissionen erzeugt. Auch ist es bei solchen Brennern notwendig, entsprechenden Einlaß von Zusatzluft in die Verbrennungskammer sicherzustellen.
• Im Gegensatz dazu bezieht sich COWAN auf eine Heizvorrichtung mit Schornsteinanschluß mit einem Wasserbehälter, an dessen einer Seite ein Infrarot-Brenner angeordnet ist, der Wärme bei sehr hoher Temperatur waagerecht gegen die Seitenwand des Behälters strahlt. Auch hier werden die verbrannten Gase nach oben durch einen Rauchzugkamin geleitet, der zur höchstmöglichen Vergrößerung des Wärmeaustauschs mit der Flüssigkeit im Behälter mit einer Vielzahl von Einbauten versehen ist.
• Die Verbesserung der offenbarten Vorrichtung besteht lediglich in der Verwendung eines an einer Seitenwand angeordneten Infrarot-Brenners, um im Vergleich zu Warmwasserbereitern, die durch mit Zusatzluft betriebenen Bunsenbrennern betrieben werden, die Emissionen von Stickstoffoxiden zu verringern. Der Infrarot-Brenner verwendet jedoch ein verengtes Venturirohr und ist dadurch bei einer gegebenen Leistung größer als üblich und daher ziemlich hinderlich, insbesondere bei seiner Anordnung an der Außenseite des Behälters.
• In ähnlicher Weise gibt es eine Vielzahl herkömmlicher Patentanmeldungen, die sich auf Raumheizöfen beziehen. Ein Beispiel dafür ist die australische Patentanmeldung AU 60654/86 (RINNAI). Diese Anmeldung lehrt eine Brennervorrichtung, die besonders für Raumheizöfen geeignet ist und sowohl in einem Bunsen-Modus als auch in einem Verbrennungs- Modus mit Voll-primärluft betreibbar ist. Die Offenbarung bezieht sich im wesentlichen auf eine Sicherheitseinrichtung zum Feststellen eines Sauerstoffmangelzustandes, wenn der Brenner im Bunsen-Verbrennungsbetrieb arbeitet. Auch hier wird ein ziemlich großer Brenner von herkömmlichen Abmessungen verwendet, der für Zusatzluft offen sein muß, um die Verbrennung des Bunsen-Typs zu ermöglichen. Ein anderes Beispiel ist in der japanischen Patentanmeldung 58-1797 offenbart.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen oder mehrere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder wenigstens zu mildern.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Entsprechend einem ersten Merkmal der Erfindung wird eine mit Gas befeuerte Brennervorrichtung gemäß Anspruch 1 geschaffen.
• Entsprechend einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Raumheizofen gemäß Anspruch 23 geschaffen.
• Entsprechend einem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 26 geschaffen.
• Entsprechend einer Entwicklung der Erfindung ist ein Warmwasserbereiter geschaffen, der einen Behälter aufweist, welcher eine sich senkrecht erstreckende, im wesentlichen zylindrische Wasserkammer bildet, eine kuppelförmige, nach oben konkave Wand, die das untere Ende der Wasserkammer und die Oberseite einer Verbrennungskammer bildet, einen Rauchzugkamin, der sich entlang der Mitte der Wasserkammer senkrecht erstreckt, an seinem unteren Ende durch den Mittelabschnitt der konkaven Wand in die Verbrennungskammer mündet und an seinem oberen Ende zur Umgebung über der Wasserkammer hin offen ist, eine in der Verbrennungskammer angeordnete poröse Brennfläche, eine Plenumkammer unter der Brennfläche, eine in die Plenumkammer mündende Luftleitung, und eine mit dieser Luftleitung verbundene Quelle für gasförmigen Brennstoff, die zur Vereinigung mit einer Menge Primärluft in der Plenumkammer einleitet, die ausreicht, um ein größeres als stöchiometrisches Gemisch herzustellen, die Verbrennungskammer, außer bei der Luftleitung und dem unteren Ende des Rauchzugkanals, im wesentlichen abgedichtet ist, so daß Zusatzverbrennungsluft nicht in die Verbrennungskammer einströmt, die Verbrennungsgase aus der Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs und der Primärluft im wesentlichen ununterbrochen entlang der konkaven Fläche nach oben zum Rauchzugkanal und durch den Rauchzugkanal strömen, um in der Verbrennungskammer einen Unterdruck zu erzeugen, ohne daß kraftbetriebene mechanische Strömungserzeuger erforderlich sind, wobei dieser Unterdruck bewirkt, daß Gase die Brennfläche mit einer Rate durchströmen, die größer als die Strömungsrate ist, welche bei unter atmosphärischem Druck stehender Verbrennungskammer bestehen würde, wodurch der Flächeninhalt der Brennfläche bei gegebener Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung im Vergleich zum Flächeninhalt der Brennfläche verkleinert ist, der bei gleicher Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung erforderlich wäre, wenn die Verbrennungskammer unter atmosphärischem Druck stünde.
• Es ist erwünscht, daß die Verbrennungstemperatur im Bereich von 600ºC bis 900ºC bei einer vorzuziehenden Verbrennungsleistung von 20% bis 400% über der Leistung gehalten wird, die bei fehlendem Unterdruck zustande kommt.
• Zu bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung gehören ein Warmwasserbereiter und ein Raumheizofen, die je eine Brennervorrichtung mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen aufweisen.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr nur im Sinne eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Es zeigt:
• Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen Warmwasserbereiter mit einem Brenner, in dem die Erfindung ausgeführt ist,
• Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht des Warmwasserbereiters und des Brenners gemäß Fig. 1 entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,
• Fig. 3 eine vergrößerte Teilseitenansicht des Brenners und des Verbrennungskammer-Teils der Einheit,
• Fig. 4 einen vereinfachten senkrechten Schnitt durch einen Raumheizofen, in dem die Erfindung ausgeführt ist, und
• Fig. 5 eine Schrägansicht des in Fig. 4 dargestellten Raumheizofens, wobei Teile zwecks Übersichtlichkeit der Darstellung weggelassen sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Entsprechend Fig. 1 gehört zur Heizvorrichtung 1 ein gasbefeuerter Brenner oder Verbrennungseinheit 2 mit einer Brennfläche 5, die in der Basis eines Warmwasserbereiters 3 angeordnet ist. Die Brennfläche 5 ist im wesentlichen waagerecht und in der Basis des Warmwasserbereiters zentriert angeordnet.
• Gemäß Fig. 3 weist die Verbrennungseinheit 2 eine unter der Brenner-Brennfläche 5 angeordnete Plenumkammer 4 und eine eine Luftleitung 7 umfassende Luft-Brennstoff-Misch- und Abgabevorrichtung auf. Die Luftleitung kann, wie dargestellt, als Venturirohr oder als zylindrischer Schlauch oder Rohr gestaltet sein. Die Querschnittsfläche der Luftleitung sollte ausreichend groß sein, um Druckströmungsverluste in bezug auf die Unterdruck-Treibkraft über der Brennfläche 5 so gering wie möglich zu halten. Gasförmiger Brennstoff, wie Erdgas, strömt in die Luftleitung 7 durch eine Düse 7a ein und saugt Umgebungsluft an oder bewirkt, daß diese zusammen mit dem Brennstoff in die Plenumkammer 4 einströmt. Auf diese Weise saugt die Luftleitung 7 in Abhängigkeit vom Brennstoffstrom Umgebungsluft an und vereinigt diese mit dem Brennstoff zu einem brennbaren Luft-Brennstoff-Gemisch, das an die Plenumkammer 4 unter einem Plenumdruck abgegeben wird.
• Die Düse 7a ist vorzugsweise etwa einen engl. Zoll (25,4 mm) von der Ebene der Mündung der Luftleitung 7 entfernt angeordnet. Es wurde festgestellt, daß sich verbesserte Ergebnisse erzielen lassen, wenn der Einlaß der Luftleitung zur Außenseite der Heizvorrichtungshülle hin offen ist. Ferner ermöglicht die Luftleitung die Mischung von Überschuß- Primärluft mit dem Brennstoff im Plenum 4. Der größere Teil der Primärverbrennungsluft wird durch die Treibkraft des über der Brennfläche 5 aufrechterhaltenen Unterdrucks geliefert.
• Eine Verbrennungskammer 8 steht über Poren in der Brenner- Brennfläche 5 in Fluidverbindung mit der Plenumkammer 4, die ihrerseits in Fluidverbindung mit der Luftleitung 7 steht. Die Luftleitung 7 sorgt zumindest für eine teilweise Mischung der Luft und des Brennstoffs, die in der Plenumkammer 4 zu Ende geführt wird. Die Brenner-Brennfläche 5 ist eine poröse Brennfläche. Sie ist vorzugsweise aus Draht, ganz vorzugsweise aus Inconel-601-Draht hergestellt. Die Fläche 5 kann auch aus anderen wärmefesten, porösen Werkstoffen, z. B. Keramiken hergestellt sein.
• Die Brenner-Brennfläche 5 ist in einer im wesentlichen abgedichteten Verbrennungskammer 8 angeordnet. Die Verbrennungskammer 8 kann den Brennerteil 2 umschließen, oder der Brennerteil 2 kann an der Bodenwand 12 der Verbrennungskammer angebracht sein, wodurch die Brenner-Brennfläche 5 einen Abschnitt der Innenwand der Kammer 8 bildet. Die Kammer 8 ist ausreichend abgedichtet, um das Einströmen von Zusatzluft in die Verbrennungskammer in Mengen zu verhindern, welche die Brennerarbeitsweise nachteilig beeinflussen könnten. Ein Rauchzugkamin 9 bildet eine Öffnung zur Umgebungsluft. Wie hier in Verbindung mit Verbrennungskammern benutzt, bezieht sich somit "abgedichtet" oder "geschlossen" auf die Verhinderung des Einströmens bedeutender Mengen Zusatzluft in die Verbrennungskammer.
• Wie am deutlichsten in Fig. 3 dargestellt, erstreckt sich der Rauchzugkamin 9 von einer oberen kuppelförmigen Wandfläche 11 der Verbrennungskammer 8 durch die Mitte des Wasserbehälters 10 senkrecht nach oben. Der Rauchzugkamin kann sich über den Warmwasserbereiter hinaus erstrecken, um den natürliche Luftzug zu erhöhen und den Unterdruck in der Verbrennungskammer 8 weiter zu verringern. Die kuppelförmige obere Wand 11 leitet die Verbrennungsprodukte in den Rauchzugkamin 9. Ferner wirkt die kuppelförmige Wand 11 als Wärmeaustauschfläche, weil sie Teil des Wasserbehälters ist.
• Der Rauchzugkamin 9 kann auch (nicht dargestellte) Einbauten zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen auf das Wasser enthalten. Die Einbauten sollten so ausgelegt sein, daß sie Strömungsverluste durch Reibung im Rauchzugkamin so klein wie möglich halten.
• Bei einem üblichen Warmwasserbereiter, bei dem der untere Abschnitt der Verbrennungskammer für Umgebungsluft offen ist und der Brenner zwischen den Heizzyklen ausgeschaltet worden ist, wird kalte Luft durch die Verbrennungskammer und den Rauchzugkamin durch den Auftrieb der durch das warme Wasser im Warmwasserbereiter 3 erwärmten Luft geleitet. Diese Luft kühlt das erwärmte Wasser und führt zu passiven Verlusten und erniedrigtem Wirkungsgrad.
• Durch Abdichten der Verbrennungskammer wird das Einströmen solcher nicht erwärmter Luft im wesentlichen verhindert. Die einzige Ausnahme ist eine durch die Luftleitung 7 strömende kleine Luftmenge. Somit werden durch die Schaffung einer abgedichteten Verbrennungskammer passive Wärmeverluste durch Beschränken des Einströmens kalter Luft während Abschalt- Zwischenzeiten weiter verringert.
• An der unteren Wand 12 der Verbrennungskammer 8 ist eine Isolierung 12a angeordnet, die zwei Aufgaben erfüllt. Zum ersten reduziert sie Geräusche während des Brennerbetriebes, und zum zweiten verringert sie Wärmeverluste durch die Wand 12.
• Die Luftleitung 7 ist so ausgelegt, daß sie Luft liefert und Luft und Brennstoff zumindest teilweise mischt, wobei die Luftkomponente wenigstens 110% der stöchiometrischen Menge gleich ist. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übersteigt die bevorzugte Luftmenge, die mit Brennstoff in der Luftleitung vermischt ist, die stöchiometrische Menge um etwa 20% bis 100%, um die Verbrennungstemperatur und die NOx-Emissionen auf das angestrebte Niveau zu senken.
• In der vorliegenden Erfindung wird Überschußluft benutzt, um die Aufrechterhaltung der Verbrennungstemperatur im Bereich von 600-900ºC zu unterstützen und eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs sicherzustellen und dadurch ein niedriges Niveau der durch die Verbrennung entstehenden unerwünschten Emissionen zu halten. Die Überschußluft ist Primärluft, weil sie mit dem über die Luftleitung in die Verbrennungskammer einströmenden Brennstoff gemischt wird. Mit Brennstoff gemischte Überschußluft bewirkt als Primärverbrennungsluft eine Absenkung des Niveaus unerwünschter Emissionen unter das, welches bei zugelassener Einströmung von Zusatzluft erzielt wird.
• Im unteren Überschußluft-Bereich (z. B. 10%) wird die CO- Menge reduziert, indem für eine vollständige Verbrennung des Kohlenstoffs zu CO&sub2; gesorgt wird. Im höheren Überschußluft- Bereich (z. B. 100%) wird die Verbrennungstemperatur bis zu dem Punkt gesenkt, bei dem die CO-Produktion beginnt anzusteigen. Die Überschußluft verhindert die Entstehung von NOx durch Aufrechterhalten einer niedrigen Verbrennungstemperatur. Auf der anderen Seite bewirkt Zusatzluft einen ungleichmäßigen Verbrennungsvorgang und führt wegen entstehender heißer und kalter Bereich an der Brennfläche zu erhöhten Emissionen. Im allgemeinen erzeugen heiße Zonen übermäßiges NCR, kalte Zonen übermäßiges CO.
• Der Unterdruck in der abgedichteten Verbrennungskammer entsteht durch den natürlichen Luftzug beim Abführen der Verbrennungsprodukte durch den Rauchzugkamin in die Atmosphäre. Der Druck in der Verbrennungskammer im Bereich über der Brennfläche kann mathematisch folgendermaßen beschrieben werden:
• Pch = Patm - [(Datm - Dfl) · Hfl · g] + Reibungsverlust,
• worin
• Pch = Druck in der Verbrennungskammer,
• Patm = atmosphärischer Druck,
• Datm = Dichte der umgebenden Atmosphäre,
• Dfl = durchschnittliche Dichte der Verbrennungsgase,
• g = die Gravitationskonstante,
• Hfl - Höhe des Rauchzugkamins.
• Reibungsverlust entsteht durch die turbulente Strömung der heißen Verbrennungsprodukte, die im Rauchzugkamin durch ihren Auftrieb hochsteigen, oder durch reibende Wechselwirkung mit den Rauchzugkaminwänden und -einbauten. Die Höhe des Rauchzugkamins ist dessen Höhe in senkrechter Richtung von der Oberseite der Verbrennungskammer bis zur Stelle der Abgabe an die Umgebung.
• Die hier beschriebene erste Ausführungsform ist bestimmt für einen Haushalts-Warmwasserbereiter. Übliche Warmwasserbereiter erfordern ein Einbauteil im Rauchzugkamin, um Wärmeverluste zu reduzieren und den Wirkungsgrad auf vorgeschriebene Grade zu erhöhen. Reibungsverluste aufgrund des Einbauteils verringern deutlich die Wirkung des natürlichen Luftzuges. Konstruktive Kompromisse zwischen Auslegung des Einbauteils und Auslegung des Brenners müssen bei der Anwendung dieser Erfindung auf Warmwasserbereiter und andere Zwecke in Betracht gezogen werden.
• Die Abmessungen der Kammer und das Rauchzugkamins sind vorzugsweise so, daß der Druck in der Verbrennungskammer auf den kleinstmöglichen Wert reduziert wird, der aus dem natürlichen Auftrieb heißer Verbrennungsprodukte, die durch den Rauchzugkamin entlüftet werden, übereinstimmend mit wirkungsvoller Wärmeübertragung auf das zu erwärmende Medium, erzielbar ist.
• Der natürliche Luftzug, wie vorstehend beschrieben, zieht mehr Luft durch die Brennerfläche, als ohne die in dieser Erfindung verwendete spezielle Konfiguration hindurchströmen würde. Der vergrößerte Luftstrom erhöht den prozentualen Anteil der Überschußluft und senkt die Verbrennungstemperatur und die NOx-Emissionen. Ein mit atmosphärischem Druck betriebener Brenner, der ohne den Vorteil eines solchen natürlichen Luftzuges arbeitet, könnte die mit der vorliegenden Erfindung erreichbaren Vorteile nicht erzielen. Das erfindungsgemäße Ergebnis wird erzielt durch Vergrößern des Druckabfalls an der Brenner-Brennfläche. Dieser vergrößerte Druckabfall wird durch die Verwendung einer porösen Brennfläche 5 vereinfacht.
• Anstelle eines natürlichen Luftzuges zur Vergrößerung des Luftstroms kann der Luftstrom auf einem angestrebten stöchiometrischen Verhältnis gehalten werden und der Flächeninhalt der Brennfläche kann verkleinert werden. Ein kleinerer Flächeninhalt der Brennfläche, mit weniger Poren oder Öffnungen, schränkt den Luft-Brennstoff-Gemischstrom stärker ein als eine große Fläche mit mehr Öffnungen. In einem kleineren Element entsteht größerer Widerstand gegen den Strom gleichen Volumens des Luft-Brennstoff-Gemischs. Somit wird mit der vorliegenden Erfindung die gleiche Menge Luft und Brennstoff durch die kleinere Fläche geleitet, wobei der natürliche Luftzug zur Überwindung des größeren Strömungswiderstandes genutzt wird. Mit dem Brenner 2 wurde ein Versuch mit einem Wärmeeingang durchgeführt, der eine Verbrennungsleistung von 1644 MJ/h m² ergab. Ein Brenner mit äquivalenter Leistung, der ohne abgedichtete Verbrennungskammer in demselben Warmwasserbereiter betrieben wurde und im wesentliche die gleichen NOx-Emissionen erzeugte, hatte eine Verbrennungsleistung von etwa 500 HJ/h m². Auf diese Weise ermöglicht die Wirkung des natürlichen Luftzuges eine Verkleinerung des Flächeninhalts der Brennfläche um einen Faktor größer als drei und führt zu bedeutend niedrigeren Fertigungskosten des Brenners.
• Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet einen Zimmer- oder Raumheizofen zur Benutzung in abzugslosen Innenräumen. Entsprechend Fig. 4 umfaßt ein Raumheizofen 20 ein Gehäuse 21. In diesem ist eine Verbrennungseinheit oder ein Brennerteil 23 etwa in der Mitte zwischen Vorder- und Rückseite und in senkrechter Richtung etwas unter der Mitte des Gehäuses 21 angeordnet. Der Teil 23 ist von langgestreckter zylindrischer Gestalt und erstreckt sich waagerecht durch das Gehäuse 21. Ein Ende des Teils 23 ist geschlossen, wogegen am entgegengesetzten Ende eine Luftleitung 24 dem Teil 23 ein brennbares Luft-Brennstoff-Gemisch liefert. In die Luftleitung 24 wird ein gasförmiger Brennstoff durch eine Gasversorgungsdüse 24a eingeleitet.
• Die Luftleitung 24 ist im Brennerteil 23 mittig angeordnet, wobei die Ebene des konisch erweiterten, kreisrunden Endes der Leitung mit dem Ende des Brennerteils fluchtet. Die Düse 24a ist vorzugsweise in einer Entfernung von ungefähr einem engl. Zoll (25,4 mm) von der Ebene angeordnet, die durch das konisch erweiterte, kreisrunde Ende der Luftleitung gebildet ist.
• Die obere Brennfläche 25 des Brennerteils 23 ist eine poröse Brennfläche und ermöglicht Strömung des Luft-Brennstoff-Gemischs zur Verbrennung von der Luftleitung 24 durch die Fläche. Die Fläche 25 ist vorzugsweise aus Draht, ganz vorzugsweise aus Inconel-601-Draht hergestellt. Die Fläche 25 kann auch aus anderen wärmefesten, porösen Werkstoffen, z. B. Keramiken hergestellt sein.
• Das Volumen in der zylindrischen Verbrennungseinheit 23 bildet eine Plenumkammer 27. Die Kammer 27 steht über die Poren der Fläche 25 in Fluidverbindung mit einer Verbrennungskammer 26. Die Kammer 27 steht über die Luftleitung 24 ebenfalls in Fluidverbindung mit Umgebungsluft und der Gasversorgungsdüse 24a.
• Der Raum über der Brennerfläche 25 ist von der Wand 33 des (nachstehend näher beschriebenen) Gebläsekanals 30, einer Vorderwand 34 und (nicht dargestellten) Wänden an den axialen Enden umschlossen, die miteinander zusammenwirken und im wesentlichen die Verbrennungskammer 26 bilden. Die Endabschnitte der Rückwand 33 und der Vorderwand 34 bilden im Zusammenwirken miteinander eine langgestreckte Verbrennungskammer-Abgabeöffnung 31, durch welche die Verbrennungsprodukte entfernt werden.
• Auf einer Seite des Heizofens 20 ist eine Ansaugöffnung 28 angeordnet, durch die Umgebungsluft angesaugt wird. Im Gehäuse 21 ist nahe der Ansaugöffnung 28 ein elektrisches Gebläse 22 angeordnet, das Umgebungsluft in das Gehäuse 21 saugt und die Luft durch den Kanal oder Durchlaß 30 zur Auslaßöffnung 29 über eine langgestreckte Düse oder Öffnung 32 treibt. Die vom Gebläse 22 behandelte Umgebungsluft nimmt an der Brennstoffverbrennung im Heizofen 20 nicht teil. Diese Luft wird benutzt, um die vom Verbrennungsteil 23 gelieferte Wärme mitzureißen, zu verdünnen und dann zu verteilen, indem der Verbrennungsgasstrom aus der Verbrennungskammer 26 herausgesaugt wird. Das Gebläse 22 liefert vorzugsweise etwa das 40fache der Luftmenge, die der Verbrennungsteil 23 zum Verbrennen des Brennstoffs verbraucht, jedoch kann diese Menge je nach dem individuellen Bedürfnis des Heizofenbenutzers in großem Umfang variiert werden. Da die Umgebungsluft vom Gebläse 22 den Durchlaß oder Kanal 30 durchströmt, wird sie durch die Abgabedüse oder Öffnung 32 gepreßt, die einen abwärts gerichteten Luftstrahl größerer Geschwindigkeit erzeugt. Dieser Hochgeschwindigkeits-Luftstrahl, der sich an der Abgabeöffnung 31 der Verbrennungskammer 26 vorbeibewegt, reißt durch Ansaugen Verbrennungsprodukte mit und erzeugt in der Kammer 26 einen Unterdruck.
• Durch die Ausführung der Erfindung ergeben sich aus der Bereitstellung dieses Luftvolumens mehrere Vorteile. Erstens werden die aus der Verbrennungskammer 26 ausströmenden extrem heißen Verbrennungsgase durch den Luftstrom vom Gebläse 22 verdünnt und dadurch auf etwa 90ºC gekühlt. Eine solche Verdünnung ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der Wärme im gesamten zu beheizenden Raum. Die Verdünnung bildet auch ein Sicherheitsmerkmal durch das Absenken der Temperatur von einem gefährlich hohen Niveau auf ein ausreichend kühles Niveau, bei dem es zu keiner Entzündung von nahegelegenem Material kommen kann.
• Zweitens wird durch den angesaugten Abgasstrom aus der Verbrennungskammer 26 der Druck in der Kammer 26 verringert, wodurch ein größerer Strom Primärluft in den Teil 23 über die Luftleitung 24 ermöglicht wird. Der vergrößerte Luftstrom befähigt den erfindungsgemäßen Raumheizofen, eine gleichmäßige Verbrennungstemperatur im Bereich von 600 bis 900ºC bei kleinerem Flächeninhalt der Brennfläche und kleinerem Brenner aufrechtzuerhalten. Eine solche Beeinflussung der Temperatur ermöglicht eine Verringerung der Emissionen, wie vorstehend in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
• Ein dritter Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß vom Gebläse 22 durch den Durchlaß 30 zwischen der Wand 33 und dem Gehäuse 21 getriebene Umgebungsluft dazu dient, eine übermäßige Erwärmung des Gehäuses während des Betriebes des Ofens zu verhindern und die Luft vorzuerwärmen. Diese Herabsetzung der Gehäusetemperatur ermöglicht die sichere Verwendung billigerer Gehäusewerkstoffe, die ästhetisch besser gefallen.
• Es ist wichtig festzustellen, daß die vom Gebläse 22 durch den Durchlaß 30 umgewälzte Umgebungsluft an der Verbrennung des Brennstoffs nicht teilnimmt. Ferner kommen mit dem Gebläse 22 keine Gase in Berührung, die durch die Verbrennung entstehen. Somit wird bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vom Gebläse 22 verlangt, daß es weder auf der Verbrennung zugeführte Luft noch auf Produkte aus der Verbrennung einwirkt. Die einzige Aufgabe des Gebläses 22 besteht darin, ein Volumen Umgebungsluft mit einer Geschwindigkeit zu liefern, die ausreicht, um in der Verbrennungs kammer erzeugte Gase mitzureißen und die erwärmte Luft und Verbrennungsprodukte in den zu beheizenden Raum zu pressen. Dadurch wird die Umgebungsluft mit diesen Gasen gemischt, wobei die Verbrennungswärme auf ein sicher nutzbares Niveau abgeschwächt wird.
• Der in dieser Ausführungsform erzielte Unterdruck führte zu einer Zunahme der Verbrennungsleistung auf 644 MJoule/m² h, verglichen mit einer Verbrennungsleistung von 540 MJoule/m² h bei einem äquivalenten herkömmlichen Raumheizofen geringer NOx-Emission. Dies stellt eine Zunahme der Verbrennungsleistung von etwa 20% dar, die einer Verkleinerung des Flächeninhalts der Brennfläche von 20% bei einer gegebenen Wärmeeingabeleistung entspricht.
• Der Brenner dieser Ausführungsform sorgt hauptsächlich für konvektive Wärmeübertragung. Bei diesem Brenner wurde bei Anordnung in einer Deckenheizvorrichtung eine Übertragung von Strahlungswärme in Höhe von 19 bis 25% der gesamten durch Verbrennung erzeugten Wärme gemessen.
• Entsprechend beider dargestellter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann natürlicher oder durch Ansaugung entstehender Luftzug benutzt werden, um in einer Verbrennungskammer Unterdruck aufrechtzuerhalten, der es ermöglicht, die Abmessungen des Flächeninhalts der Brennfläche und des Brenners bei einer gegebenen Wärmeenergieeingabe oder Brennerleistung zu verkleinern. Auch können die CO- und NOx-Emissionen in solchen luftzugunterstützten Brennern durch Anwenden bevorzugter Kombinationen von Brennerbetriebsbedingungen beträchtlich verringert werden.
• Aus der Benutzung der hier offenbarten Brenner in Verbindung mit den Wirkungen natürlichen oder durch Ansaugung erzeugten Luftzugs ergibt sich als weiterer Vorteil die Verkleinerung der Abmessungen der Luft-Brennstoff-Mischvorrichtung, die vorzugsweise als Luftleitung ausgebildet ist, aber auch ein Venturirohr sein kann. Beispielsweise würde bei einem üblichen Warmwasserbereiter ein Brenner mit vergleichbarer Leistung des Verbrennungsteils oder Verbrennungsleistung, aber ohne den Vorteil natürlichen oder durch Ansaugung entstehenden Luftzuges, ein Venturirohr von etwa 10 engl. Zoll (254 mm) Länge erfordern, um eine ausreichende Mischung von Brennstoff und Luft für die Unterhaltung einer ruhigen, gleichmäßigen Verbrennung zu liefern. In der vorliegenden Erfindung ist die vorzugsweise verwendete Luftleitung von einer Länge von nur etwa 4,5 engl. Zoll (114,3 mm), eine Reduzierung von mehr als fünfzig Prozent der Länge der Luft- Brennstoff-Abgabevorrichtung des luftzuglosen Brenners von vergleichbarer Brennerleistung. Eine solche Reduzierung ist möglich, weil der Luftzug den Luft- und Brennstoffstrom durch die Brennfläche zu dessen ruhiger, gleichmäßiger Verbrennung vergrößert.
• Schließlich besteht die Möglichkeit zu weiteren Einsparungen bei den Betriebskosten, bedingt durch mögliche Zunahmen des Heizwirkungsgrades dieser Heizvorrichtungen und anderer ähnlicher Vorrichtungen.
• Das nachstehende Beispiel dient zur Erläuterung und ist nicht als irgendwelche Einschränkung des Umfanges der vorliegenden Erfindung bestimmt.
BEISPIEL
• Das nachstehende Beispiel veranschaulicht die Ergebnisse, die mit der vorliegenden Erfindung in der ersten Ausführungsform der Erfindung, einer Anwendung auf Warmwasserbereiter, erzielbar sind. Bei diesem Beispiel ist die Brennfläche ein Gitter aus Inconel-601-Draht und hat einen Durchmesser von 168 mm (6,6 engl. Zoll) und eine Dicke von 0,36 mm (0,014 engl. Zoll). Das Luft-Brennstoff-Gemisch enthielt etwa 20% Überschußluft über der stöchiometrischen Menge. Der Verbrennungsteil war in einem Haushalt-Warmwasserbereiter von 182 Litern (40 Gallonen(UK)) angeordnet. Am Warmwasserbereiter waren drei Änderungen vorgenommen worden: (1) die Verbrennungszone, begrenzt durch die Bodenwanne, die innere Verkleidung und die Innentür, war abgedichtet, um Zusatzluft zu reduzieren; (2) eine Isoliermatte war auf die Bodenschutzplatte gelegt, um Resonanzgeräusch zu vermeiden und Wärmeverluste zu verringern, und (3) das Einbauteil im Rauchzugkamin war durch ein Einbauteil ersetzt, das auf wirkungsvolle Wärmeübertragung ohne übermäßige Luftstromverringerung ausgelegt war. In der nachstehenden Tabelle zeigen die Tests 1 und 2 Ergebnisse, die mit zwei Erdgas- Liefermengen erzielt wurden. Test 3 ist ein Duplikat des Tests 2 zum Vergleich der Ergebnisübereinstimmung. TABELLE
• (BTU = British Thermal Unit = englische Kalorie)
• Wenngleich bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, versteht es sich, daß von verschiedenen Abwandlungen und Neuanordnungen der Bauteile Gebrauch gemacht werden kann, ohne daß der Rahmen der offenbarten und beanspruchten Erfindung verlassen wird.

Claims (32)

1. Mit Gas befeuerte Brenner-Vorrichtung (1) zum Erzeugen einer im wesentlichen konvektiven Wärmeübertragung, wobei der Brenner (2; 23) umfaßt:

- Luft/Brennstoff-Versorgungseinrichtungen (7, 7a; 24, 24a) zum Empfangen eines Stroms gasförmigen Brennstoffs von einer Quelle desselben und zum Ansaugen einer Primärverbrennungsluft-Komponente und Kombinieren derselben mit ihm zur Bildung eines brennbaren Luft-Brennstoff-Gemischs zur Abgabe an eine Plenumkammer bei einem Plenumdruck, wobei die genannte Luftkomponente größer als die für eine theoretisch vollständige Verbrennung erforderliche ist,

- die Plenumkammer (4; 27) umfaßt eine poröse Brennfläche (5; 25),

- eine die Brennfläche (5; 25) enthaltende Verbrennungskammer (8; 26), die im wesentlichen abgedichtet ist, um die Einleitung von Zusatzluft zu verhindern, und eine Abgabeöffnung (9; 31) für vom Brenner empfangene Verbrennungsprodukte aufweist, wobei die Abgabeöffnung ein offenes unteres Ende eines Rauchzugkamins (9) ist, der sich senkrecht erstreckt und an seinem oberen Ende in die Umgebung mündet, wodurch die Abgabeöffnung mit der Umgebung in Fluidverbindung steht und so ausgelegt ist, daß in der Verbrennungskammer in Abhängigkeit vom Verbrennungsproduktestrom in die Umgebung ein Unterdruck entsteht, der mit dem Plenumdruck zusammenwirkt, um zu bewirken, daß das genannte Luft-Brennstoff-Gemisch die Brenn fläche (5; 25) mit einer Rate durchströmt, die größer als die Strömungsrate ist, welche bei unter atmosphärischem Druck stehender Verbrennungskammer bestehen würde, wodurch der Flächeninhalt der Brennfläche bei gegebener Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung im Vergleich zum Flächeninhalt der Brennfläche verkleinert ist, der bei gleicher Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung erforderlich wäre, wenn die Verbrennungskammer unter atmosphärischem Druck stünde.

2. Brenner-Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Brenner eine Verbrennungstemperatur im Bereich von etwa 600ºC bis etwa 900ºC hat.

3. Brenner-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Brennleistung 20% bis 400% über der Leistung liegt, die bei Fehlen des genannten Unterdrucks erzeugt würde.

4. Brenner-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Brenner eine Brennleistung im Bereich von etwa 500 bis 2000 MJoule/m²h hat.

5. Brenner-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Luftkomponente zwischen etwa 110% und etwa 200% der für eine theoretisch vollständige Verbrennung erforderlichen beträgt.

6. Brenner-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Luft-Brennstoff-Versorgungseinrichtungen eine Leitung (7) umfassen, die ein Einlaßende zum Empfangen des genannten Brennstoffstromes und zum Ansaugen der Primär verbrennungsluft-Komponente aus der Umgebungsluft aufweist, und ein Auslaßende zur Abgabe des brennbaren Luft-Brennstoff- Gemischs in die Plenumkammer.

7. Brenner-Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Leitung (7) ein Venturirohr ist.

8. Brenner-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Brennfläche (5) im wesentlichen waagerecht ausgerichtet ist, um die Gleichmäßigkeit der Verbrennung zu fördern.

9. Brenner-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abgabeöffnung der Verbrennungskammer mit einer atmosphärischen Entlüftungsöffnung (9) zur Abgabe der genannten Verbrennungsprodukte an die Atmosphäre allein als Folge deren natürlichen Auftriebs verbunden ist.

10. Warmwasserbereiter (3) mit einem eine Wasserkammer bildenden Behälter (10) und einer unter der Wasserkammer angeordneten Brenner-Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Warmwasserbereiter (3) nach Anspruch 10, mit einer kuppelförmigen, nach oben konkaven Wand (11), die eine untere Endfläche der Wasserkammer (10) und eine obere Fläche der Brenner-Verbrennungskammer (8) bildet.

12. Warmwasserbereiter nach Anspruch 11, bei dem die Verbrennungsprodukte im wesentlichen ununterbrochen nach oben entlang der konkaven Wand (11) zur Abgabeöffnung und durch die Entlüftungsöffnung (9) strömen, um in der Verbrennungskammer den genannten Unterdruck zu erzeugen, ohne daß kraftgetriebene mechanische Strömungserzeuger erforderlich sind.

13. Brenner-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Abgabeöffnung der Verbrennungskammer mit einem Raumheizofen-Auslaß (29) verbunden ist, der Zirkulationsluft zusammen mit den Verbrennungsprodukten entweder indirekt in einen Abgaszug oder direkt in einen Raum strömen läßt, dessen Temperatur geregelt werden soll.

14. Brenner-Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Zirkulationsluft an der Abgabeöffnung der Verbrennungskammer vorbeiströmt und Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer (26) in den Zirkulationsluftstrom ansaugt.

15. Raumheizofen (20) mit einem eine Brenner-Vorrichtung nach Anspruch 14 enthaltenden Gehäuse, einem Nebenluftkanal (30), der durch eine Wand (33) von der Verbrennungskammer getrennt ist, einem kraftgetriebenen Gebläse (22), das einen beträchtlichen Nebenstrom der Zirkulationsluft von einem Umgebungslufteinlaß durch den genannten Nebenluftkanal zu einer Nebenabgabedüse (32) erzeugt, die einen Zirkulationsluftstrahl an der Abgabeöffnung (31) der Verbrennungskammer vorbei zum Raumheizofenauslaß (29) erzeugt, wobei der Zirkulationsluftstrahl durch Ansaugung ausreichende Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer mitreißt, um in der Verbrennungskammer (26) den genannten Unterdruck zu erzeugen.

16. Raumheizofen nach Anspruch 15, bei dem die Nebenleitungswand (33) eine Wärmeaustauschfläche zwischen der Verbrennungskammer (26) und dem Nebenluftkanal bildet, welche die Nebenluft vorerwärmt, bevor sie die genannte Abgabedüse erreicht.

17. Warmwasserbereiter (3) mit einer gasbefeuerten Brenner- Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: einen Behälter (10), der eine sich senkrecht erstreckende, im wesentlichen zylindrische Wasserkammer bildet, eine kuppelförmige, nach oben konkave Wand (11), die das untere Ende der Wasserkammer und die Oberseite der Verbrennungskammer (8) bildet, wobei der Rauchzugkamin (9) sich entlang der Mitte der Wasserkammer senkrecht erstreckt und an seinem unteren Ende durch den Mittelabschnitt der konkaven Wand in die Verbrennungskammer mündet und an seinem oberen Ende zur Umgebung über der genannten Wasserkammer hin offen ist, die Plenumkammer unter der Brennfläche angeordnet ist, die Luft-Brennstoff-Versorgungseinrichtungen eine in die Plenumkammer mündende Luftleitung (7) und eine mit der Luftleitung verbundene Quelle (7a) für gasförmigen Brennstoff aufweisen, die in die Plenumkammer zur Vereinigung eine Menge Primärluft einleitet, die ausreicht, um ein größeres als stöchiometrisches Gemisch herzustellen, die Verbrennungskammer, außer bei der Luftleitung und dem unteren Ende des Rauchzugkanals, im wesentlichen abgedichtet ist, so daß Zusatzverbrennungsluft nicht in die Verbrennungskammer einströmt, die Verbrennungsgase aus der Verbrennung des gasförmigen Brennstoffs und der Primärluft im wesentlichen ununterbrochen entlang der konkaven Fläche (11) nach oben zum Rauchzugkamin (9) und durch den Rauchzugkamin strömen, um in der Verbrennungskammer einen Unterdruck zu erzeugen, ohne daß kraftgetriebene mechanische Strömungserzeuger erforderlich sind.

18. Warmwasserbereiter (3) nach Anspruch 17, bei dem die kuppelförmige, nach oben konkave Wand (11) die Verbrennungsgase im Rauchzugkamin (9) zusammenführt, wobei die konkave Wand einen im wesentlichen konvektiven Wärmeübergang zwischen den Verbrennungsgasen und der Wasserkammer erzeugt.

19. Warmwasserbereiter (3) nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, bei dem die Verbrennungskammer (8) eine untere Wand aufweist und an dieser unteren Wand eine Isolierschicht angeordnet ist, um Geräusche während der Verbrennung und Wärmeverluste durch diese untere Wand zu verringern.

20. Warmwasserbereiter (3) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die Luftleitung (7) der Plenumkammer wenigstens etwa 120% der zur vollständigem Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen Luftmenge zuleitet.

21. Warmwasserbereiter (3) nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem die Verbrennung bei einer Temperatur zwischen 600ºC und 900ºC stattfindet.

22. Warmwasserbereiter (3) nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem die Luftleitung ein Venturirohr (7) ist.

23. Raumheizofen, umfassend: einen Brenner mit einer porösen Brennfläche (25), eine Verbrennungskammer (26) über der Brennfläche, die im wesentlichen abgedichtet ist, um das Einströmen von Zusatzluft zu verhindern, ein Brennstoff-Luft- Plenum (27) unter der Brennfläche, eine Quelle (24a) für gasförmigen Brennstoff, eine Luftleitung (24) zum Zuleiten des Brennstoffs zum Plenum und, in Abhängigkeit vom Brennstoffstrom, zum Erzeugen im Plenum eines Luft-Brennstoff-Gemischs, das eine Luftmenge enthält, die größer als die zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs erforderlichen ist, einen Nebenluftkanal (30), der von der Verbrennungskammer (26) durch eine Wand (33) getrennt ist, ein kraftgetriebenes Gebläse (22) zum Erzeugen eines beträchtlichen Nebenluftstroms von einem Umgebungslufteinlaß durch den Nebenkanal zu einer Nebenabgabedüse (32) und zum Erzeugen eines in eine Heizofenabgabeöffnung (29) gerichteten Luftstrahls, wobei die Wand (33) eine Wärmeübergangsfläche zwischen der Verbrennungskammer und dem Nebenluftkanal bildet, die eine Vorerwärmung der Nebenluft bewirkt, bevor diese die Düse (32) erreicht, die Verbrennungskammer (26) einen Auslaß (31) hat, der zum Nebenluftstrahl hin offen ist, der Kanal (30) und die Abgabedüse (32) so ausgelegt sind, daß im Betrieb, wenn Umgebungsluft vom Gebläse (22) durch den Kanal (30) strömt, sie durch die Abgabedüse (32) gepreßt wird, wodurch ein nach unten gerichteter Luftstrahl von erhöhter Geschwindigkeit erzeugt wird, der an der Abgabeöffnung (31) der Verbrennungskammer (26) vorbeiströmt und so durch Ansaugen Verbrennungsprodukte mitreißt und in der Kammer (26) Unterdruck erzeugt, wobei dieser Nebenluftstrahl auch genügend Nebenluft mit den Verbrennungsgasen mischt, um für das sich ergebende, durch die Heizofenabgabeöffnung (29) strömende Gemisch eine sichere Temperatur zustande zu bringen, wobei der Unterdruck in der Verbrennungskammer (26) zu einer Vergrößerung des Druckabfalls an der Brennfläche (25) führt, der bewirkt, daß das durch den Brenner strömende Luft-Brennstoff-Gemisch größer ist, als wenn in der Verbrennungskammer atmosphärischer oder höherer Druck herrscht, wodurch der Flächeninhalt der Brennfläche bei einer gegebenen Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung im Vergleich mit dem Flächeninhalt der Brennfläche, die bei gleicher Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung bei unter atmosphärischem Druck stehender Verbrennungskammer erforderlich wäre, verkleinert ist.

24. Raumheizofen (20) nach Anspruch 23, bei dem die Heizofenabgabeöffnung (29) auf einer niedrigeren Höhe als der Brenner (23) angeordnet ist.

25. Raumheizofen (20) nach Anspruch 24, bei dem sich die Wand (33) um die Verbrennungskammer zum Verbrennungskammerauslaß hin erstreckt.

26. Verfahren zum Betreiben einer mit Gas befeuerten Brenner-Vorrichtung (1; 23) zur Erzeugung eines im wesentlichen konvektiven Wärmeübergangs, mit den Schritten: Verwenden einer Brennstoffversorgungseinrichtung (7a; 24a) zum Zuführen eines Stroms gasförmigen Brennstoffs, Ansaugen und Kombinieren von Primärverbrennungsluft in einer Luftleitung (7; 24) in Abhängigkeit vom Brennstoffstrom, um ein brennbares Luft- Brennstoff-Gemisch zur Abgabe an eine Plenumkammer (4; 27) bei einem Plenumdruck zu bilden, wobei die Luftkomponente größer als die zur theoretisch vollständigen Verbrennung erforderliche ist, Durchleiten des Luft-Brennstoff-Gemischs durch eine poröse Brennfläche (5; 25) der Plenumkammer und in eine Verbrennungskammer (8; 26), die im wesentlichen abgedichtet ist, um das Einströmen von Zusatzluft zu verhindern, Verbrennen des Luft-Brennstoff-Gemischs an oder in der Nähe der Brennfläche in der Verbrennungskammer, und Entfernen der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer, um in der Verbrennungskammer einen Unterdruck zu erzeugen, Strömenlassen des Luft-Brennstoff-Gemischs unter dem Einfluß dieses Unterdrucks und des Plenumdrucks durch die Brennfläche mit einer Rate, die größer als die Strömungsrate ist, die bei unter atmosphärischem Druck stehender Verbrennungskammer bei einer gegebenen Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung bestehen würde, wodurch der Flächeninhalt der Brennfläche bei einer gegebenen Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung im Vergleich zum Flächeninhalt der Brennfläche, die bei der gleichen Wärmeenergieeingabe und Brennerleistung erforderlich wäre, wenn die Verbrennungskammer unter atmosphärischem Druck steht, verkleinert ist.

27. Verfahren nach Anspruch 26, einschließlich des Betriebs des Brenners mit einer Verbrennungstemperatur im Bereich von etwa 600ºC bis etwa 900ºC.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, einschließlich des Betriebs des Brenners bei einer Brennleistung von 20% bis 400% über der Leistung, die bei Fehlen des Unterdruckes erzeugt würde.

29. Verfahren nach Anspruch 28, einschließlich des Betriebs des Brenners bei einer Brennleistung im Bereich von etwa 500 bis 2000 MJoule/m² h.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, bei dem die Luftkomponente im Bereich von etwa 110% bis etwa 200% der für die theoretisch vollständige Verbrennung erforderlichen liegt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, einschließlich des Schrittes der Entfernung der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer durch eine atmosphärische Entlüftungsöffnung (9) allein als Folge deren natürlichen Auftriebs.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, einschließlich des Schrittes der Entfernung der Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer durch Ansaugen und Mitreißen der Verbrennungsprodukte in einem Zirkulationsluftstrom.