EP3293455A1 - Gasbrenner - Google Patents

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EP3293455A1
EP3293455A1 EP17190284.4A EP17190284A EP3293455A1 EP 3293455 A1 EP3293455 A1 EP 3293455A1 EP 17190284 A EP17190284 A EP 17190284A EP 3293455 A1 EP3293455 A1 EP 3293455A1
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EP
European Patent Office
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gas burner
gas
burner
area
burner according
Prior art date
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Granted
Application number
EP17190284.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3293455B1 (de
Inventor
Sebastian Hack
Eugen Gleim
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Viessmann Climate Solutions SE
Original Assignee
Viessmann Werke GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Viessmann Werke GmbH and Co KG filed Critical Viessmann Werke GmbH and Co KG
Publication of EP3293455A1 publication Critical patent/EP3293455A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3293455B1 publication Critical patent/EP3293455B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/101—Flame diffusing means characterised by surface shape
    • F23D2203/1012—Flame diffusing means characterised by surface shape tubular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2203/00—Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10—Flame diffusing means
    • F23D2203/102—Flame diffusing means using perforated plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D—BURNERS
    • F23D2208/00—Control devices associated with burners
    • F23D2208/10—Sensing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2212/00—Burner material specifications
    • F23D2212/20—Burner material specifications metallic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/10—High or low fire

Definitions

  • the invention relates to a gas burner according to the preamble of patent claim 1.
  • a gas burner of the type mentioned is from the patent document EP 2 167 876 B1 known.
  • This gas burner consists of a burner interior and a limiting, which can be flowed through by a gas-air mixture distribution device, which has a burner surface facing inner surface with a hole structure and a Brennerinnenraumabgewandte burner surface with hole structure for the flame-burning gas-air mixture, wherein the burner surface On the flame side, a rod-shaped ionization current sensor (also called ionization electrode) is associated with a first area region of the burner surface closest to the ionization current sensor, and a second area region having a second opening area on both sides of the first area region and parallel to the ionization current sensor a larger opening degree having hole structure is provided.
  • the distribution device basically consists of two spaced apart perforated plates with different hole structures.
  • opening degree is meant here and below a reference to a base area ratio between open and closed surface. If, for example, a base area of 100 mm 2 has openings with a total area of 50 mm 2 , then the degree of opening is obviously greater as with an equal footprint with openings with a total area of 25 mm 2 .
  • the invention has for its object to improve a gas burner of the type mentioned.
  • the modulation degree (ratio of minimum to maximum power) customary in the past for a gas burner is to be increased to up to 1:20.
  • the perforation structure of the inner surface of the distribution device opposite the ionization current sensor is designed to be consistent in the axial direction of the ionization current sensor.
  • the hole structure of the inner surface located on a baffle varies in the axial direction of the ionization current sensor (see in particular FIG. 4 of said patent document).
  • the ionization current sensor is in flame regions of different intensities.
  • the lower region in FIG. 4 has a larger, the upper region a smaller degree of opening.
  • the upper area in the upper power range a sufficient flame length, in order to be able to monitor the presence of the flame with the aid of the ionization current sensor.
  • the above-mentioned high degree of modulation is inventively possible in that on the burner surface in the region of the ionization current sensor and over its entire length a hole structure consisting of two surface areas is provided.
  • the measure mentioned in the protection claim namely that there is a first surface area closest to the ionization current sensor, defines the surface area that results when a perpendicular to the burner surface is formed by the ionization current sensor and then seen in the axial direction of the ionization current sensor the areas left and right the perpendicular used to form the surface area.
  • the width of the surface area preferably corresponds at least to the diameter of the rod-shaped ionization current sensor, but a width approximately twice the diameter is likewise possible.
  • Second surface regions are provided on both sides of the first surface region, wherein the opening degree of the first surface region is smaller than the opening degree of the second surface regions, which means that a smaller passage surface for the gas-air mixture is provided for the first surface region per unit area than for the second surface regions is.
  • the detection of the ionization current of the ionization current-based combustion control is essentially dependent on the mixture composition, ie the air ratio of the combustion.
  • the constant temperature is achieved by changing the open cross-section, ie the intensity of the flame in the hole area of the ionization current sensor.
  • the intensity is adapted to the lower load of the burner, the open cross-section and thus the length of the flames in the upper load point is too large.
  • the essential energy release takes place behind the ionization current sensor.
  • the sensor or the electrode cools down.
  • a relatively open cross section (larger opening degree) is present, in the middle area, below the ionization current sensor, a more closed area (smaller opening degree).
  • the flame zone is thereby stabilized by the smaller flame in the middle region on the burner surfaces.
  • the ionization current sensor is thus again in the energy release range, which simultaneously stabilizes the temperature of the sensor.
  • the outer, open zones of the hole structure form sufficiently long flames to prevent the cooling of the ionization electrode.
  • the in FIG. 1 shown gas burner consists in known manner from a burner interior 1 and this at least partially delimiting, by a gas-air mixture flow-through distributor 2, the interior facing the burner interior 1 inner surface 2.1 with a hole structure and a torreninnenraumabgewandte burner surface 2.2 with hole structure for as Flame-burning gas-air mixture, wherein the burner surface is 2.2 associated with a rod-shaped, parallel to this Ionisationsstromsensor 3, wherein a closest to the Ionisationsstromsensor 3, first surface area 2.2.1 of the burner surface 2.2 has a smaller opening degree having hole structure and wherein on both sides of the first area region 2.2.1 and parallel to the Ionisationsstromsensor 3 each have a second area 2.2.2 is provided with a larger opening degree having hole structure.
  • the hole structure of the inner surface 2.1 is formed congruent with the hole structure of the burner surface 2.2, d. H. the hole patterns on both sides of the distributor 2 correspond.
  • the distributor 2 consists of a metal sheet, wherein on one side of the metal sheet, the inner surface 2.1 and on the other side of the metal sheet, the burner surface 2.2 is arranged.
  • This metal sheet is formed in particular a single layer, so in contrast to the above-mentioned prior art, no gap, so it is formed gap-free.
  • the burner interior 1 is formed entirely free of flow guides for the gas-air mixture.
  • the burner surface 2.2 is at least 90% of an overall surface of the metal sheet formed engaging.
  • the proviso "optional" means that only one of these two specifications must apply.
  • the first area region 2.2.1 has a hole structure formed by a row of slots arranged parallel to the ionization current sensor 3 with its longitudinal axis.
  • the slots of the first surface area 2.2.1 are particularly preferably between 1 mm and 9 mm, preferably (approximately) 5 mm, long and between 0.1 mm and 0.9 mm, preferably (approximately) 0.5 mm, wide ,
  • the slits of the first surface area 2.2.1, seen in the longitudinal direction of each other have a spacing of 1 mm to 9 mm, preferably (approximately) 5 mm.
  • the second surface region 2.2.2 has a hole structure formed by slots arranged parallel to and parallel to the ionization current sensor 3 with its longitudinal axis.
  • the slots of the second surface area 2.2.2 are particularly preferably between 1 mm and 9 mm, preferably (about) 5 mm, long and between 0.5 mm and 0.9, preferably (about) 0.7 mm, wide.
  • extending transversely to the ionization current sensor 3 slots of the second surface area 2.2.2 are arranged as pairs side by side.
  • a slot running parallel to the ionization current sensor 3 is preferably arranged between a pair of slots running transversely to the ionization current sensor 3.
  • the two surface areas 2.2.1, 2.2.2 considered so far relate to the area of the burner surface 2.2 to which the ionization current sensor 3 is assigned.
  • the burner surface 2.2 it is also preferable for the burner surface 2.2 to have, in addition to the two surface areas 2.2.1, 2.2.2, a third surface area 2.2.3 with a hole structure. How out FIG. 2 In this case, it is particularly preferred that the hole structures of the three surface regions 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3 are designed differently.
  • the third area 2.2.3 a larger area of the entire burner surface 2.2 engaging is formed as the other two surface areas 2.2.1, 2.2.2 together.
  • the third surface region 2.2.3 has a hole structure formed by slots arranged with their longitudinal axis transversely to the ionization current sensor 3.
  • the slots of the third surface area 2.2.3 are preferably between 1 mm and 6 mm, preferably (approximately) 3.5 mm, long and between 0.1 mm and 0.9 mm, preferably (approximately) 0.5 mm, wide educated.
  • the slots of the third surface area 2.2.3 parallel to each other a distance between 2 mm and 7 mm, preferably (about) 4.5 mm, and in the longitudinal direction to each other Distance between 2 mm and 7.6 mm, preferably (about) 4.8 mm.
  • the burner interior 1 is cylindrical and at one of its end faces a supply area 4 for the gas-air mixture and at its other end a closure element 5, in particular a non-opening lid having.
  • a supply area 4 for the gas-air mixture and at its other end a closure element 5, in particular a non-opening lid having.
  • a connection flange 4.1 is preferably provided on the supply region 4 in order to be able to fix the gas burner projecting into a combustion chamber in a simple manner.
  • FIG. 1 apparently above the gas burner suspended ionization current sensor 3, which, because it is readily imagined, not shown separately, preferably attached feed area side of the gas burner itself or to adjacent thereto areas.
  • the gas burner according to the invention works as follows:
  • the gas-air mixture is introduced into the burner interior 1 via the feed region 4. From there it flows via the hole structures through the distributor device 2 onto the burner surface 2.2, which, as explained, basically comprises three regions, namely the third surface region 2.2.3, ie the main region for the combustion of the gas-air mixture. In addition, there are the other two areas Provided 2.2.1, 2.2.2, where the ionization current sensor 3 is assigned.
  • the gas burner according to the invention is operated in the upper load range, flames extending to the ionization current sensor 3 are formed at the first surface area 2.2.1 having a smaller degree of opening, ie the gas burner can be easily regulated in this way.
  • the gas burner according to the invention is operated in the lower load range, the flames of the first area region 2.2.1 are no longer sufficiently long to be able to influence the ionization current sensor 3.
  • it is therefore provided that sufficiently long flames are formed at the second surface areas 2.2.2, which have a larger degree of opening, which ensure that the ionization current sensor 3 does not cool down and the gas burner can continue to be precisely controlled.
  • all this requires, as defined in the protection claim 1, that the combustion of the gas-air mixture over the entire length of the ionization current sensor 3 is uniform.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
  • Ein Gasbrenner der eingangs genannten Art ist aus dem Patentdokument EP 2 167 876 B1 bekannt. Dieser Gasbrenner besteht aus einem Brennerinnenraum und einer diesen begrenzenden, von einem Gas-Luft-Gemisch durchströmbaren Verteileinrichtung, die eine zum Brennerinnenraum gewandte Innenfläche mit Lochstruktur und eine brennerinnenraumabgewandte Brenneroberfläche mit Lochstruktur für das als Flamme verbrennende Gas-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Brenneroberfläche flammenseitig ein stabförmiger, parallel zu dieser erstreckter Ionisationsstromsensor (auch Ionsationselektrode genannt) zugeordnet ist, wobei ein zum Ionisationsstromsensor nächstliegender, erster Flächenbereich der Brenneroberfläche eine einen kleineren Öffnungsgrad aufweisende Lochstruktur aufweist und wobei beidseitig des ersten Flächenbereichs und parallel zum Ionisationsstromsensor jeweils ein zweiter Flächenbereich mit einer einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Lochstruktur vorgesehen ist. Bei diesem Gasbrenner besteht die Verteileinrichtung im Grunde aus zwei, distanziert zueinander angeordneten Lochblechen mit unterschiedlichen Lochstrukturen.
  • Unter "Öffnungsgrad" ist dabei hier und auch nachfolgend ein auf eine Grundfläche bezogenes Verhältnis zwischen offener und geschlossener Fläche zu verstehen. Weist also beispielsweise eine Grundfläche von 100 mm2 Öffnungen mit einer Gesamtfläche von 50 mm2 auf, so ist deren Öffnungsgrad offensichtlich größer als bei einer gleichgroßen Grundfläche mit Öffnungen mit einer Gesamtfläche von 25 mm2.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasbrenner der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll unter Einsatz einer ionisationsstrombasierten Verbrennungsregelung der bisher bei einem Gasbrenner übliche Modulationsgrad (Verhältnis von minimaler zu maximaler Leistung) auf bis zu 1:20 gesteigert werden.
  • Diese Aufgabe ist mit einem Gasbrenner der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
  • Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die dem Ionisationsstromsensor gegenüberliegende Lochstruktur der Innenfläche der Verteileinrichtung in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors gesehen gleichbleibend ausgebildet ist.
  • Dass diese Maßgabe die eingangs genannte Aufgabe löst und dass diese Aufgabe vom Gasbrenner der eingangs genannten Art nicht gelöst werden kann, wird verständlich, wenn man die beiden Lösungen im Detail miteinander vergleicht:
  • Beim eingangs genannten Gasbrenner variiert die Lochstruktur der an einem Leitblech befindlichen Innenfläche in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors (siehe insbesondere Figur 4 des genannten Patentdokuments). Dies führt dazu, dass sich der Ionisationsstromsensor während des Betriebs des Brenners in Flammenbereichen unterschiedlicher Intensität befindet. So weist zum Beispiel der untere Bereich in Figur 4 einen größeren, der obere Bereich einen kleineren Öffnungsgrad auf. Der untere Bereich gewährleistet im unteren Leistungsbereich, der obere Bereich im oberen Leistungsbereich eine ausreichende Flammlänge, um mit Hilfe des Ionisationsstromsensor das Vorhandensein der Flamme überwachen zu können.
  • Eine Verbrennungsregelung mit Hilfe der Luftzahl auf Basis des Ionisationsstromes ist auf diese Weise allerdings nicht möglich, denn hierzu muss in jedem Lastpunkt bzw. bei jeder Leistung ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Ionisationstrom und Luftzahl bestehen, was bei der eingangs genannten, eine Variation der Lochstruktur in Axialrichtung aufweisenden Lösung aber aufgrund der sich ergebenden unterschiedlichen Flammenlängen und der somit bei gleichem Ionisationsstrom ergebenden unterschiedlichen Luftzahlen zu einer Mehrdeutigkeit im Zusammenhang zwischen Ionisationsstrom und Luftzahl führt.
  • Mit der eingangs genannten Lösung mag somit zwar eine Flammenüberwachung möglich sein, eine ionisationsstrombasierte Verbrennungsregelung funktioniert auf diese Weise aber nicht.
  • Der eingangs genannte hohe Modulationsgrad ist dabei erfindungsgemäß dadurch möglich, dass auf der Brenneroberfläche im Bereich des Ionisationsstromsensors und auf dessen gesamter Länge eine aus zwei Flächenbereichen bestehende Lochstruktur vorgesehen ist.
  • Die im Schutzanspruch genannte Maßgabe, nämlich, dass es einen zum Ionisationsstromsensor nächstliegenden, ersten Flächenbereich gibt, definiert dabei den Flächenbereich, der sich ergibt, wenn man vom Ionisationsstromsenor eine Lotrechte auf die Brenneroberfläche bildet und dann in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors gesehen die Bereiche links und rechts der Lotrechten zur Bildung des Flächenbereichs verwendet. Dabei entspricht die Breite des Flächenbereichs vorzugsweise mindestens dem Durchmesser des stabförmigen Ionisationsstromsensors, eine etwa dem doppelten Durchmesser entsprechende Breite ist aber ebenso möglich.
  • Beidseitig des ersten Flächenbereichs sind zweite Flächenbereich vorgesehen, wobei der Öffnungsgrad des ersten Flächenbereichs kleiner als der Öffnungsgrad der zweiten Flächenbereiche ausgebildet ist, was bedeutet, dass beim ersten Flächenbereich pro Flächeneinheit eine kleinere Durchgangsfläche für das Gas-Luft-Gemisch als bei den zweiten Flächenbereichen vorgesehen ist.
  • Die erfindungsgemäße Steigerung des Modulationsgrades auf bis zu 1:20 ist schließlich wie folgt zu erklären:
  • Die Erfassung des Ionisationsstroms der ionisationsstrombasierten Verbrennungsregelung ist im Kern abhängig von der Gemischzusammensetzung, also der Luftzahl der Verbrennung.
  • Allerdings ist ein anderes grundsätzliches Problem der ionisationsstrombasierten Verbrennungsregelung die Abhängigkeit des gemessenen Ionisationsstroms von weiteren Größen, nämlich insbesondere der Temperatur des Ionisationsstomsensors. Um ein Regelverhalten der Verbrennungsregelung möglichst unabhängig von Störeinflüssen wie Lastpunktverschiebung zu erreichen, ist eine Konstanz der Sollwertkennlinie über dem Lastbereich erforderlich.
  • Hieraus ergibt sich die Aufgabe bei der Auslegung der Lochstruktur, eine möglichst konstante Temperatur des Ionisationsstromsensors über den gesamten Lastbereich des Brenners zu erzielen. Wird dies nicht erreicht, kommt es zu großen Verschiebungen der Luftzahl beim Anfahren eines Lastpunktes oder einem Schwingen der Luftzahl in bestimmten Lastpunkten.
  • Bei Modulationsgraden von bis 1:10 wird die konstante Temperatur durch Veränderung des offenen Querschnitts, damit also der Intensität der Flamme im Belochungsbereich des Ionisationsstromsensors, erreicht.
  • Bei weiterer Steigerung des Modulationsbereichs auf bis zu 1:20 ist diese Vorgehensweise nicht mehr zielführend:
  • Wird die Intensität auf die untere Last des Brenners angepasst, ist der offene Querschnitt und damit die Länge der Flammen im oberen Lastpunkt zu groß. Damit findet die wesentliche Energiefreisetzung erst hinter dem Ionisationsstromsensor statt. Der Sensor bzw. die Elektrode kühlt aus.
  • Eine Anpassung auf den oberen Lastpunkt des Brenners bedingt sehr kleine Flammen in unteren Lastpunkt. Die Energiefreisetzung wird zu gering, um hier die Sensortemperatur im konstanten Bereich zu halten.
  • Die Lösung des Zielkonfliktes zwischen einer Belochung für den unteren und den oberen Lastbereich besteht erfindungsgemäß nicht mehr im Ändern der Intensität, sondern im Ändern der Lochstruktur. Als geeignet hat sich, wie oben bereits beschrieben, eine Dreiteilung der Lochstruktur parallel zur Richtung des Ionisationsstromsensors erwiesen.
  • Im Randbereich ist ein relativ offener Querschnitt (größerer Öffnungsgrad) vorhanden, im mittleren Bereich, unterhalb des Ionisationsstromsensors, ein geschlossenerer Bereich (kleinerer Öffnungsgrad).
  • Im Ergebnis wird hierdurch im oberen Lastpunkt des Gasbrenners die Flammenzone durch die kleinere Flamme im mittleren Bereich auf der Brenneroberflächen stabilisiert. Der Ionisationsstromsensor liegt damit wieder im Bereich der Energiefreisetzung, womit sich gleichzeitig die Temperatur des Sensors stabilisiert.
  • Im unteren Lastbereich bilden die äußeren, offenen Zonen der Lochstruktur ausreichend lange Flammen, um die Auskühlung der Ionsationselektode zu verhindern.
  • Somit kann auch bei einem gesteigerten Modulationsgrad mit relativ konstanten Sollwerten im Ionisationsstrom gearbeitet werden. Damit wird ein robustes Geräteverhalten und eine sehr gute Luftzahltreue der Verbrennungsregelung erreicht.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gasbrenners ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
  • Der Vollständigkeit halber wird noch auf das Patentdokument WO 2013/107661 A2 hingewiesen. Wie insbesondere aus Figur 1 ersichtlich, ist bei dieser Lösung die dem Ionisationsstomsensor gegenüberliegende Lochstruktur der Verteileinrichtung gerade nicht, wie erfindungsgemäß vorgesehen, in Axialrichtung des Ionisationsstomsensors gesehen gleichbleibend ausgebildet (siehe hierzu auch den letzten Absatz auf Seite 2 des Dokument), d. h. mit dem offenbarten Gasbrenner ist es gerade nicht möglich, den Modulationsgrad auf bis zu 1:20 zu steigern.
  • Der erfindungsgemäße Gasbrenner einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt
    • Figur 1
    schematisch und perspektivisch den erfindungsgemäßen Gasbrenner mit Einblick in den Brennerinnenraum (der Übersichtlichkeit halber komplett ohne Lochstrukturen); und
    Figur 2
    in Draufsicht die in die Ebene abgewickelte Brenneroberfläche mit den Flächenbereichen, wobei in beiden Figuren die Flächenbereiche extra durch Linien gekennzeichnet sind, die bei einem realen Gasbrenner nicht vorhanden sind.
  • Der in Figur 1 dargestellte Gasbrenner besteht in an sich bekannter Weise aus einem Brennerinnenraum 1 und einer diesen mindestens teilweise begrenzenden, von einem Gas-Luft-Gemisch durchströmbaren Verteileinrichtung 2, die eine zum Brennerinnenraum 1 gewandte Innenfläche 2.1 mit Lochstruktur und eine brennerinnenraumabgewandte Brenneroberfläche 2.2 mit Lochstruktur für das als Flamme verbrennende Gas-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Brenneroberfläche 2.2 flammenseitig ein stabförmiger, parallel zu dieser erstreckter Ionisationsstromsensor 3 zugeordnet ist, wobei ein zum Ionisationsstromsensor 3 nächstliegender, erster Flächenbereich 2.2.1 der Brenneroberfläche 2.2 eine einen kleineren Öffnungsgrad aufweisende Lochstruktur aufweist und wobei beidseitig des ersten Flächenbereichs 2.2.1 und parallel zum Ionisationsstromsensor 3 jeweils ein zweiter Flächenbereich 2.2.2 mit einer einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Lochstruktur vorgesehen ist.
  • Wesentlich für den erfindungsgemäßen Gasbrenner ist nun, dass die dem Ionisationsstromsensor 3 gegenüberliegende Lochstruktur der Innenfläche 2.1 der Verteileinrichtung 2 in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors 3 gesehen gleichbleibend ausgebildet ist. Diese Maßgabe ermöglicht, wie eingangs erläutert, dass der Gasbrenner über seinen gesamten Lastbereich mit Hilfe des Ionisationsstromsensors 3 präzise geregelt werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Lochstruktur der Innenfläche 2.1 kongruent mit der Lochstruktur der Brenneroberfläche 2.2 ausgebildet ist, d. h. die Lochbilder auf beiden Seiten der Verteileinrichtung 2 entsprechen sich.
  • Um dies zu erreichen, ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass die Verteileinrichtung 2 aus einem Metallblech besteht, wobei auf einer Seite des Metallblechs die Innenfläche 2.1 und auf der anderen Seite des Metallblechs die Brenneroberfläche 2.2 angeordnet ist.
  • Dieses Metallblech ist dabei insbesondere einschichtig ausgebildet, weist also im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik keinen Zwischenraum auf, ist also zwischenraumfrei ausgebildet. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass der Brennerinnenraum 1 insgesamt frei von Strömungsführungen für das Gas-Luft-Gemisch ausgebildet ist.
  • Ferner ist mit Verweis auf Figur 2 bevorzugt vorgesehen, dass die Brenneroberfläche 2.2 mindestens 90% einer Gesamtoberfläche des Metallblechs einnehmend ausgebildet ist.
  • Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass wahlweise der erste Flächenbereich 2.2.1 quer zum Ionisationsstromsensor 3 gesehen zwischen 1 mm und 8 mm, vorzugsweise (etwa) 4 mm, breit und/oder der zweite Flächenbereich 2.2.2 quer zum Ionisationsstromsensor 3 gesehen zwischen 4 mm und 10 mm, vorzugsweise (etwa) 7 mm, breit ausgebildet ist. Die Maßgabe "wahlweise" bedeutet dabei, dass von diesen beiden Vorgaben auch nur eine gelten muss.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der erste Flächenbereich 2.2.1 eine aus einer mit ihrer Längsachse parallel zum Ionisationsstromsensor 3 parallel angeordneten Reihe Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist. Dabei sind die Schlitze des ersten Flächenbereichs 2.2.1 besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise (etwa) 5 mm, lang und zwischen 0,1 mm und 0,9 mm, vorzugsweise (etwa) 0,5 mm, breit ausgebildet. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schlitze des ersten Flächenbereichs 2.2.1 in deren Längsrichtung gesehen zueinander einen Abstand von 1 mm bis 9 mm, vorzugsweise (etwa) 5 mm, aufweisen.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Flächenbereich 2.2.2 eine aus mit ihrer Längsachse parallel und quer zum Ionisationsstromsensor 3 angeordneten Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist. Dabei sind die Schlitze des zweiten Flächenbereichs 2.2.2 besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise (etwa) 5 mm, lang und zwischen 0,5 mm und 0,9, vorzugsweise (etwa) 0,7 mm, breit ausgebildet. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass quer zum Ionisationsstromsensor 3 verlaufende Schlitze des zweiten Flächenbereichs 2.2.2 als Paare nebeneinander angeordnet sind. Außerdem ist bevorzugt zwischen einem Paar quer zum Ionisationsstromsensor 3 verlaufender Schlitze ein parallel zum Ionisationsstromsensor 3 verlaufender Schlitz angeordnet.
  • Die beiden bisher betrachteten Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2 betreffen den Bereich der Brenneroberfläche 2.2, dem der Ionisationsstromsensor 3 zugeordnet ist. Darüber hinaus ist aber auch noch bevorzugt vorgesehen, dass die Brenneroberfläche 2.2 neben den beiden Flächenbereichen 2.2.1, 2.2.2 noch einen dritten Flächenbereich 2.2.3 mit einer Lochstruktur aufweist. Wie aus Figur 2 zu erkennen, ist dabei wiederum besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Lochstrukturen der drei Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2, 2.2.3 unterschiedlich ausgebildet sind. Außerdem ist vorgesehen, dass der dritte Flächenbereich 2.2.3 einen größeren Bereich von der gesamten Brenneroberfläche 2.2 einnehmend ausgebildet ist als die beiden anderen Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2 zusammen.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der dritte Flächenbereich 2.2.3 eine aus mit ihrer Längsachse quer zum Ionisationsstromsensor 3 angeordneten Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist. Dabei sind die Schlitze des dritten Flächenbereichs 2.2.3 vorzugsweise zwischen 1 mm und 6 mm, vorzugsweise (etwa) 3,5 mm, lang und zwischen 0,1 mm und 0,9 mm, vorzugsweise (etwa) 0,5 mm, breit ausgebildet. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schlitze des dritten Flächenbereichs 2.2.3 parallel zueinander einen Abstand zwischen 2 mm und 7 mm, vorzugsweise (etwa) 4,5 mm, und in Längsrichtung zueinander einen Abstand zwischen 2 mm und 7,6 mm, vorzugsweise (etwa) 4,8 mm, aufweisen.
  • Auf Figur 1 zurück kommend, ist weiterhin besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Brennerinnenraum 1 zylindrisch ausgebildet ist und an einer seiner Stirnseiten einen Zufuhrbereich 4 für das Gas-Luft-Gemisch und an seiner anderen Stirnseite einen Verschlusselement 5, insbesondere einen öffnungsfreien Deckel, aufweist. Abgesehen von den Lochstrukturen der vorzugsweise zylindermantelförmig ausgebildeten Brenneroberfläche 2.2 ist der Gasbrenner bzw. jedenfalls dieser Teil des Gasbrenners somit wie ein Topf bzw. topfartig ausgebildet. Weiterhin ist bevorzugt am Zufuhrbereich 4 ein Anschlussflansch 4.1 vorgesehen, um den in eine Brennkammer hineinragenden Gasbrenner auf einfache Weise befestigen zu können.
  • Im übrigen ist auch der in Figur 1 offenbar über dem Gasbrenner schwebende Ionisationsstromsensor 3, was, weil ohne weiteres vorstellbar, nicht extra dargestellt ist, vorzugsweise zufuhrbereichsseitig am Gasbrenner selbst oder an dazu benachbarten Bereichen befestigt.
  • Der erfindungsgemäße Gasbrenner funktioniert wie folgt:
  • Das Gas-Luft-Gemisch wird über den Zufuhrbereich 4 in den Brennerinnenraum 1 eingebracht. Von dort strömt es über die Lochstrukturen durch die Verteileinrichtung 2 auf die Brenneroberfläche 2.2, die wie erläutert, im Grunde drei Bereiche aufweist, nämlich zum einen den dritten Flächenbereich 2.2.3, also den Hauptbereich für die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches. Darüber hinaus sind noch die beiden anderen Flächenbereiche 2.2.1, 2.2.2 vorgesehen, denen der Ionisationsstromsensor 3 zugeordnet ist.
  • Wird der erfindungsgemäße Gasbrenner im oberen Lastbereich betrieben, werden am ersten, einen kleineren Öffnungsgrad aufweisenden Flächenbereich 2.2.1 bis zum Ionisationsstromsensor 3 reichende Flammen gebildet, d. h. der Gasbrenner ist auf diese Weise gut regelbar. Wird der erfindungsgemäße Gasbrenner aber im unteren Lastbereich betrieben, sind die Flammen des ersten Flächenbereichs 2.2.1 nicht mehr ausreichend lang, um Einfluss auf den Ionisationsstromsensor 3 nehmen zu können. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass an den zweiten, einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Flächenbereichen 2.2.2 ausreichend lange Flammen gebildet werden, die dafür sorgen, dass der Ionisationsstromsensor 3 nicht auskühlt und der Gasbrenner auch weiterhin präzise regelbar ist. Alle dies setzt allerdings, wie im Schutzanspruch 1 definiert, voraus, dass die Verbrennung des Gas-Luft-Gemisches auf der gesamten Länge des Ionisationsstromsensors 3 gleichmäßig ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennerinnenraum
    2
    Verteileinrichtung
    2.1
    Innenfläche
    2.2
    Brenneroberfläche
    2.2.1
    erster Flächenbereich
    2.2.2
    zweiter Flächenbereich
    2.2.3
    dritten Flächenbereich
    3
    Ionisationsstromsensor
    4
    Zufuhrbereich
    4.1
    Anschlussflansch
    5
    Verschlusselement

Claims (15)

  1. Gasbrenner, umfassend einen Brennerinnenraum (1) und eine diesen begrenzende, von einem Gas-Luft-Gemisch durchströmbare Verteileinrichtung (2), die eine zum Brennerinnenraum (1) gewandte Innenfläche (2.1) mit Lochstruktur und eine brennerinnenraumabgewandte Brenneroberfläche (2.2) mit Lochstruktur für das als Flamme verbrennende Gas-Luft-Gemisch aufweist, wobei der Brenneroberfläche (2.2) flammenseitig ein stabförmiger, parallel zu dieser erstreckter Ionisationsstromsensor (3) zugeordnet ist, wobei ein zum Ionisationsstromsensor (3) nächstliegender, erster Flächenbereich (2.2.1) der Brenneroberfläche (2.2) eine einen kleineren Öffnungsgrad aufweisende Lochstruktur aufweist und wobei beidseitig des ersten Flächenbereichs (2.2.1) und parallel zum Ionisationsstromsensor (3) jeweils ein zweiter Flächenbereich (2.2.2) mit einer einen größeren Öffnungsgrad aufweisenden Lochstruktur vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die dem Ionisationsstromsensor (3) gegenüberliegende Lochstruktur der Innenfläche (2.1) der Verteileinrichtung (2) in Axialrichtung des Ionisationsstromsensors (3) gesehen gleichbleibend ausgebildet ist.
  2. Gasbrenner nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lochstruktur der Innenfläche (2.1) kongruent mit der Lochstruktur der Brenneroberfläche (2.2) ausgebildet ist.
  3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteileinrichtung (2) aus einem Metallblech besteht, wobei auf einer Seite des Metallblechs die Innenfläche (2.1) und auf der anderen Seite des Metallblechs die Brenneroberfläche (2.2) angeordnet ist.
  4. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Flächenbereich (2.2.1) quer zum Ionisationsstromsensor (3) gesehen zwischen 1 mm und 8 mm, vorzugsweise 4 mm, breit ausgebildet ist.
  5. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zweite Flächenbereich (2.2.2) quer zum Ionisationsstromsensor (3) gesehen zwischen 4 mm und 10 mm, vorzugsweise 7 mm, breit ausgebildet ist.
  6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Flächenbereich (2.2.1) eine aus einer mit ihrer Längsachse parallel zum Ionisationsstromsensor (3) parallel angeordneten Reihe Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist.
  7. Gasbrenner nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlitze des ersten Flächenbereichs (2.2.1) zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise 5 mm, lang und zwischen 0,1 mm und 0,9 mm, vorzugsweise 0,5 mm, breit ausgebildet sind.
  8. Gasbrenner nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlitze des ersten Flächenbereichs (2.2.1) in deren Längsrichtung gesehen zueinander einen Abstand von 1 mm bis 9 mm, vorzugsweise 5 mm, aufweisen.
  9. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der zweite Flächenbereich (2.2.2) eine aus mit ihrer Längsachse parallel und quer zum Ionisationsstromsensor (3) angeordneten Schlitzen gebildete Lochstruktur aufweist.
  10. Gasbrenner nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schlitze des zweiten Flächenbereichs (2.2.2) zwischen 1 mm und 9 mm, vorzugsweise 5 mm, lang und zwischen 0,5 mm und 0,9, vorzugsweise 0,7 mm, breit ausgebildet sind.
  11. Gasbrenner nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass quer zum Ionisationsstromsensor (3) verlaufende Schlitze des zweiten Flächenbereichs (2.2.2) als Paare nebeneinander angeordnet sind.
  12. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Brenneroberfläche (2.2) neben den beiden Flächenbereichen (2.2.1, 2.2.2) noch einen dritten Flächenbereich (2.2.3) mit einer Lochstruktur aufweist.
  13. Gasbrenner nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lochstrukturen der drei Flächenbereiche (2.2.1, 2.2.2, 2.2.3) unterschiedlich ausgebildet sind.
  14. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Brennerinnenraum (1) zylindrisch ausgebildet ist und an einer seiner Stirnseiten einen Zufuhrbereich (4) für das Gas-Luft-Gemisch und an seiner anderen Stirnseite einen Verschlusselement (5) aufweist.
  15. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Brennerinnenraum (1) frei von Strömungsführungen für das Gas-Luft-Gemisch ausgebildet ist.
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