EP4647658A2

EP4647658A2 - Brennerelement für ein heizgerät, verfahren zur herstellung eines brennerelementes und heizgerät

Info

Publication number: EP4647658A2
Application number: EP25173431.5A
Authority: EP
Inventors: Patrice Guen; Thomas Lemagnen; Tony Chaillou
Original assignee: Vaillant GmbH
Current assignee: Vaillant GmbH
Priority date: 2024-05-07
Filing date: 2025-04-30
Publication date: 2025-11-12
Also published as: DE102024112746A1; EP4647658A3

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Brennerelement (4) für ein Heizgerät (10). Das Brennerelement (4) ist dazu eingerichtet von einem Verbrennungsgemisch aus einem Brenngas und Verbrennungsluft durchströmt zu werden und dieses an einer Austrittsseite (32) zu verbrennen. Es umfasst ein Brenneraustrittselement (24) und mindestens ein Brennerteil (34), das weitestgehend parallel zu dem Brenneraustrittselement (24) angeordnet ist, wobei Brenneraustrittselement (24) und das mindestens eine Brennerteil (34) mit einer ersten Verbindung formschlüssig miteinander zu dem Brennerelement (4) verbunden sind und das Brennerelement (4) dazu eingerichtet ist, mittels einer zweiten Verbindung mit einem Brenner (1) eines Heizgerätes (10) verbunden zu werden. Zudem werden ein Heizgerät (10) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Brennerelementes (4) vorgeschlagen. Das Brennerelement (4) kann die Montage eines Brenners (1) erheblich vereinfachen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennerelement für ein Heizgerät, ein Verfahren zur Herstellung eines Brennerelementes sowie ein Heizgerät.
Brenner für Heizgeräte sind in einer Vielzahl bekannt. In der Regel fördert eine Fördereinrichtung eines Heizgeräts ein brennfähiges Gemisch aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft in einen Brennerhohlraum des Brenners, aus dem das Gemisch durch eine Brennerplatte austreten kann und in einer Brennkammer verbrennt. Moderne Heizgeräte weisen zumeist weitere Einbauten in der Brennkammer oder dem Brennerhohlraum auf, beispielsweise eine Flammensperre im Brennerhohlraum, zur Blockade von Flammenrückschlägen. Weiterhin bekannt sind Verteileinrichtungen zur Anordnung im Brennerhohlraum, die eine Homogenisierung des Gemisches aus Verbrennungsluft und Brennstoff bewirkend, die die Flammenbildung stabilisieren können. Der Einsatz von derartigen Einbauten erfolgt vermehrt im Hinblick auf eine Nutzung wasserstoffhaltiger Brenngase als Brennstoff.
So unterscheidet sich eine Verbrennung von Wasserstoff deutlich von der Verbrennung fossiler Brenngase. Unter anderem aufgrund einer deutlich höheren Flammengeschwindigkeit des Wasserstoffs ist eine Flamme bei der Verbrennung in einem Heizgerät instabiler und es kann vermehrt zu einem Auftreten von Flammenrückschlägen kommen. Auch kann bei der Verbrennung von Wasserstoff eine störende Geräuschbildung auftreten.
Ein Brenner mit einer Flammensperre wird beispielsweise in der EP 4 160 092 A1 vorgeschlagen.
Der Einsatz von ein oder mehreren Einbauten an einem Brenner erschweren dabei die Montage deutlich. Eine Demontage und/ oder Montage des Brenners kann dabei im Rahmen von Wartungs- oder Reparaturarbeiten notwendig sein. So besteht zum einen das Risiko ein oder mehrere Bauteile zu vergessen oder auch Einbaupositionen zu vertauschen, und zum anderen kann ein unpräziser Zusammenbau zu Undichtigkeiten führen, die Nebenströmungen ermöglichen. Beide Möglichkeiten können die Qualität der Verbrennung mindern und auch ein Auftreten kritischer Betriebszustände begünstigen. Nicht zuletzt ist die Montage eines derartigen Brenners zeitaufwendig.
Die US 5,240,411A zeigt einen atmosphärischen Gasbrenner mit einer Brennereinheit, bei der ein Austrittselement des Brenners mit mindestens einem Verteilelement und der Brennerhaube formschlüssig verbunden ist. Nachteilig sind Wartungsarbeiten an einem derartigen Brenner nicht möglich und es kann bei einem Defekt lediglich ein kostenintensiver Austausch der Brennereinheit erfolgen.
Die DE 91 17 075 U1 beschreibt einen atmosphärischen, gasbetriebenen Strahlungsbrenner, bei dem ein Strahlungsgitter mittels einer Schraubverbindung, die auch das Brenneraustrittselement fixiert, befestigt wird. Nachteilig ist eine Montage und Demontage eines derartigen Brenners zeitaufwendig und fehleranfällig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lindern oder zu lösen. Insbesondere soll ein Brennerelement für ein Heizgerät, ein Verfahren zu dessen Herstellung als auch ein Heizgerät angegeben werden, die die Montage eines Brenners vereinfachen. Gleichwohl soll eine hohe Präzision der Montage des Brenners einen dauerhaft sicheren Betrieb des Heizgerätes ermöglichen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der hier vorgeschlagenen Lösung sind in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
Hierzu trägt ein Brennerelement für ein Heizgerät bei. Das Brennerelement ist dazu eingerichtet von einem Verbrennungsgemisch aus einem Brenngas und Verbrennungsluft durchströmt zu werden und dieses an einer Austrittsseite des Brennerelementes zu verbrennen. Das Brennerelement umfasst zumindest ein Brenneraustrittselement und mindestens ein Brennerteil, das weitestgehend parallel zu dem Brenneraustrittselement angeordnet ist. Dabei sind das mindestens eine Brenneraustrittselement und das mindestens eine Brennerteil mit einer ersten Verbindung formschlüssig umschlossen miteinander verbunden. Dabei ist das Brennerelement dazu eingerichtet ist, mit einer zweiten Verbindung an einem Brenner eines Heizgerätes befestigt zu werden.
Gemäß der Erfindung wird somit ein Brennerelement bereitgestellt, das mindestens ein Brenneraustrittselement und mindestens ein weiteres Brennerteil formschlüssig zu einem einstückigen, monolithischen Brennerelement verbindet. Das Brennerelement ist somit dazu eingerichtet, mindestens eine weitere Funktion, neben dem Bereitstellen eines Brenneraustrittselementes, durch die das Verbrennungsgemisch in die Brennkammer austreten und verbrennen kann, zu erfüllen. Bei der weiteren Funktion kann es sich insbesondere um ein Homogenisieren des Verbrennungsgemisches mittels einer (in das Brennerelement integrierten) Verteileinrichtung als auch um ein Verhindern einer Flammenausbreitung entgegen einer Durchströmungsrichtung des Heizgerätes und damit einem Verhindern eines Flammenrückschlages mittels einer in das Brennerelement integrierten Flammensperre handeln. Vorteilhaft kann so die Montage eines Brenners erheblich vereinfacht werden, da lediglich ein monolithisches Brennerelement anstatt einer Vielzahl von Bauteilen zu montieren ist. Insofern kann mittels der ersten Verbindung zumindest das Brennaustrittselement und das mindestens eine Brennerteil zu dem Brennerelement verbunden werden und das Brennerelement dazu eingerichtet sein, mittels der zweiten Verbindung an einem Brenner eines Heizgerätes befestigt zu werden. Die zweite Verbindung kann auch eine formschlüssige Verbindung und insbesondere eine Schraubverbindung sein. Weiterhin vorteilhaft kann eine Herstellung des Brennerelements unter idealen Bedingungen erfolgen und so eine hohe Präzision und Funktionalität des Brennerelements erreicht werden. Das Brennerelement ist dabei dazu eingerichtet den gesamten Strömungsquerschnitt zu überdecken und im teilweise oder im gesamten verfügbaren Strömungsquerschnitt zwischen Brennerhohlraum und Brennkammer angeordnet zu werden. Dabei ist das Brennerelement mit einer Eintrittsseite dem Brennerhohlraum und mit einer Austrittsseite der Brennkammer des Heizgeräts zugewandt. Das Heizgerät kann der Versorgung eines Gebäudes mit Heizungswärme und/ oder Warmwasser dienen und als wandhängend oder stehend anzuordnen sein. Insbesondere kann das Heizgerät eine Wärmeleistung von bis zu 50 Kilowatt erbringen.
Das Heizgerät kann über eine Luftzuführung einen Massestrom Verbrennungsluft mittels einer Fördereinrichtung ansaugen, dem ein, einem vorgegebenen Verbrennungsluftverhältnis, auch als Lambda oder Luftzahl bezeichnet, entsprechender Massestrom Brenngas zugesetzt wird. Das entstehende Verbrennungsgemisch kann über einen Gemischkanal dem Brenner zugeführt werden und dort in den Brennerhohlraum einströmen um anschließend durch das Brennerelement von einer Eintrittsseite zu einer Austrittsseite strömen und in die Brennkammer auszutreten und dort verbrennen. Hierfür kann das Heizgerät eine Zündeinrichtung umfassen, um das Verbrennungsgemisch am Brennerelement zu entzünden. Die Verbrennungsprodukte können nunmehr über einen Abgaskanal des Heizgerätes einer Abgasanlage des Gebäudes zugeführt werden. Das Heizgerät kann ein Regel- und Steuergerät umfassen, dass den Verbrennungsprozess regelt und dabei insbesondere ein vorgegebenes Verbrennungsluftverhältnis einstellt.
Das Heizgerät kann zur Steuerung des Massestromes Brenngas ein Gasventil aufweisen, das in der Regel ein Gassicherheitsventil und ein Gasregelventil umfassen kann. Das Gasregelventil kann dabei insbesondere ein Schrittmotorventil sein, dass einen definierten Massestrom Brenngas einstellen kann. Alternativ kann das Gasregelventil auch einen Massestrom Brenngas entsprechend einem übermittelten Steuerdruck abgeben. Der Steuerdruck kann dabei in einer Venturieinrichtung erfasst werden und ein Maß für den geförderten Massestrom Verbrennungsluft sein. Diese Ausgestaltung wird auch als pneumatischer Gas-Luftverbund bezeichnet. Das Sicherheitsventil soll ein Austreten unverbrannten Brenngases verhindern und wird beispielsweise bei einem Startvorgang des Heizgerätes erst nach dem Anfahren der Fördereinrichtung für eine, für den Startvorgang geeignete, Startleistung freigegeben. Die vorgenannten Komponenten können alle Teile des Heizgerätes selbst sein.
Das Heizgerät kann insbesondere die Brennerleistung an den Bedarf anpassen, was auch als "Modulieren" bezeichnet wird. Hierzu kann bei einem Erkennen eines geänderten Wärmebedarfs, beispielsweise unter Einbeziehung einer Vorlauf- und Rücklauftemperatur eines mit dem Heizgerät verbundenen Heizkreises, das Regel- und Steuergerät des Heizgerätes eine Leistung des Gebläses (der Fördereinrichtung) des Heizgerätes und damit den Massestrom Verbrennungsluft an den Wärmebedarf anpassen. Gleichzeitig passt die Verbrennungsregelung den Massestrom Brenngas an den sich ändernden Massestrom Verbrennungsluft an. Häufig wird zur Vermeidung von Flammenrückschlägen in niedrigen Leistungsbereichen das Verbrennungsluftverhältnis angepasst, insbesondere der Anteil Verbrennungsluft erhöht. Durch die damit verbundene Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit (bei gleicher Leistung des Heizgerätes) und Senkung der Flammengeschwindigkeit kann das Risiko von Flammenrückschlägen gemindert werden. Trotzdem besteht bei einem Modulationsvorgang des Heizgerätes ein erhöhtes Risiko des Auftretens eines Flammenrückschlages oder auch von Verbrennungsgeräuschen.
Die Brennkammer kann einen oder mehrere Wärmetauscher umfassen, die bei der Verbrennung entstehende Wärme auf einen in einem Heizkreis zirkulierenden Wärmeträger oder auch Brauchwasser übertragen können. Bei dem Heizgerät kann es sich insbesondere um ein kondensierendes Heizgerät, auch als Brennwertheizgerät bezeichnet, handeln, bei dem das Abgas auf eine Temperatur abgekühlt wird, die eine Nutzung der Kondensationswärme des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes ermöglicht. Beispielsweise kann ein primärer Wärmetauscher zumindest teilweise in oder an einer Wandung der Brennkammer angeordnet sein und so eine Übertragung von Wärme des Abgasstromes als auch der Wärmestrahlung der Flamme auf ein Wärmeträgerfluid ermöglichen.
Das Heizgerät kann zur Verbrennung eines Brenngases mit einem Anteil von (reinem) Wasserstoff von mindestens 80 Prozent, insbesondere zur Verbrennung von einem Brenngas mit einem Anteil von mindestens 90 oder 95 Prozent oder auch weitestgehend reinem Wasserstoff eingerichtet sein. Das Brenngas bezeichnet hier den Brennstoff, der entsprechend einem Verbrennungsluftverhältnis der Verbrennungsluft zugesetzt wird.
Der Brenner des Heizgerätes kann eine Brennerhaube umfassen, die einen Brennerflansch ausbildet, an dem das Brennerelement befestigt werden kann. Dies kann insbesondere mittels einer Schraubverbindung erfolgen. Die Brennerhaube kann in Verbindung mit dem Brennerelement einen Brennerhohlraum ausbilden, in den das Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal einströmen und durch das Brennerelement in die Brennkammer austreten kann.
Das Brennerelement kann insbesondere weitestgehend flach ausgebildet sein. Dies betrifft dabei insbesondere eine Außenkontur des Brennerelementes. So kann ein Brenneraustrittselement und/ oder ein Brennerteil in einem, von der Außenkontur umschlossenen Innenbereich eine dreidimensionale Form aufweisen und insbesondere gewölbt sein. Insbesondere kann eine Außenkontur des mindestens einen Brenneraustrittselementes und des mindestens einen Brennerteils flach bzw. eben ausgebildet sein, mit der das Brennerelement mit einem Brennerflansch der Brennerhaube dichtend verbindbar ist. Hierzu kann zwischen Brennerhaube und Brennerelement ein Dichtelement angeordnet sein. Die Außenkontur bezeichnet dabei einen, einen inneren Bereich, in dem das Brennerelement vom Verbrennungsgemisch durchströmt wird, umschließenden Außenbereich des Brennelementes. Der Außenbereich kann in seinen Abmessungen mit einem Brennerflansch korrespondieren, insbesondere können Befestigungspunkte am Brennerelement vorgegebenen Befestigungspunkten des Brennerflansches entsprechen. Insofern ist die Erfindung auch sehr gut mit bestehenden Heizgeräten umsetzbar, da das Brennerelement zu Befestigung an beliebigen Brennerflanschen eingerichtet werden kann.
Das Brennerelement kann auch eine zylindrische Form aufweisen, wobei das Brenneraustrittselement und das mindestens eine Brennerteil die Form eines Hohlzylinders, insbesondere mit einer kreisrunden Grundfläche, aufweisen und an einer Brennertür als Brennerhaube montiert werden können. Dabei kann der Durchmesser (der Grundfläche) eines Brennerteils geringfügig geringer als der Durchmesser (der Grundfläche) des Brenneraustrittselementes gewählt werden, so dass diese parallel bzw. ineinander angeordnet werden können.
Das Brenneraustrittselement umfasst eine Vielzahl von Öffnungen, die vom Verbrennungsgemisch durchströmt werden können. Häufig wird ein Brenneraustrittselement auch als Lochblech bezeichnet. Im Regelbetrieb des Heizgerätes tritt das Verbrennungsgemisch durch das Brenneraustrittselement und verbrennt danach an einer Austrittsseite des Brenneraustrittselements in der Brennkammer. Insofern kann das Brenneraustrittselement an einer Austrittsseite des Brennerelements angeordnet sein bzw. die Austrittsseite bilden.
Das mindestens eine Brenneraustrittselement und das mindestens eine Brennerteil sind mittels der ersten Verbindung formschlüssig umschlossen miteinander verbunden. Die formschlüssig umschlossene erste Verbindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass diese den lateralen bzw. umlaufenden Außenbereich von Brenneraustrittselement und Brennerteil bündig, insbesondere gasdicht, umgreift. Bevorzugt ist, dass die formschlüssig umschlossene erste Verbindung über den gesamten Umfang von Brenneraustrittselement und Brennerteil ausgebildet ist. Hierfür kann eine Art Rahmen bzw. Einfassung vorgesehen sein, die an einem (oberen bzw. unteren) Randbereich von Brenneraustrittselement und Brennerteil aufliegt und den Umfangsbereich von Brenneraustrittselement und Brennerteil (vollständig) überspannt und dabei insbesondere auch die umfängliche Außenkontur von Brenneraustrittselement und Brennerteil im Wesentlichen formschlüssig umschließt. Die formschlüssig umschlossene erste Verbindung ist insbesondere so eingerichtet, dass damit ein laterales Austreten von Gas und/oder Flammen verhindert ist.
Das mindestens eine Brenneraustrittselement und das mindestens eine Brennerteil können eine Art Stapel bilden, wobei die Bauteile (nur) im Randbereich aneinander anliegend und/oder im Wesentlichen vollständig aneinander anliegend angeordnet sind. Dies kann als ein Schichtaufbau bezeichnet werden. Bevorzugt liegen alle Brenneraustrittselemente, Brennerteile und ggf. noch dazwischen angeordnete Bauteile, zumindest in einem gemeinsamen Randbereich aneinander an, so dass für diesen Stapel bzw. Schichtaufbau eine gemeinsam formschlüssig umschlossene erste Verbindung realisierbar bzw. realisiert ist.
Gemäß einer Ausgestaltung kann es sich bei dem mindestens einen Brennerteil um eine Flammensperre, eine Verteileinrichtung und/ oder eine Fixierung von Flammensperre oder Verteileinrichtung handeln. Das mindestens eine Brennerteil kann dabei insbesondere als flächiges Gebilde mit einer Außenkontur, die der Außenkontur des Brenneraustrittselements weitestgehend identisch ist, ausgebildet sein.
Eine Flammensperre ist dazu ausgebildet, nicht von einer Flamme durchdrungen zu werden und so eine Ausbreitung eines Flammenrückschlages in den Gemischkanal zu verhindern. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Flammensperren bekannt. Die Flammensperre kann hierzu Kanäle ausweisen, die von dem Verbrennungsgemisch durchströmt werden können. Die Kanäle können dabei einen Durchmesser aufweisen, der niedriger einem vorgegebenen kritischen Durchmesser ist. Der kritische Durchmesser gibt dabei den Durchmesser an, oberhalb dessen eine Flamme den Kanal durchdringen kann. Die Flammensperre kann insbesondere unmittelbar benachbart zur Eintrittsseite des mindestens einen Brenneraustrittselements angeordnet sein.
Eine Verteileinrichtung kann eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen, die eine Durchmischung und Homogenisierung des Verbrennungsgemisches bewirken. Hierzu kann die Verteileinrichtung ein Fasermaterial, eine Gitterstruktur, ein (3D-)Gewebe und/ oder ein Geflecht aufweisen bzw. aus diesem bestehen. Die Verteileinrichtung kann insbesondere an der Eintrittsseite des Brennerelements angeordnet sein bzw. die Eintrittsseite ausbilden.
Eine Fixierung von Flammensperre oder der Verteileinrichtung kann eine Struktur zur mechanischen Unterstützung der Flammensperre oder der Verteileinrichtung sein. Eine Fixierung kann insbesondere zum Einsatz kommen, wenn die Flammensperre oder die Verteileinrichtung eine geringe mechanische Stabilität, insbesondere eine geringe Biegesteifigkeit, aufweist. Die Fixierung kann dann ein Ausbauchen von Flammensperre oder Verteileinrichtung verhindern, beispielsweise aufgrund eines Druckimpulses, wie einer harten Zündung oder auch eines Flammenrückschlages. Insofern kann die Fixierung benachbart und stromaufwärts, bezogen auf die Durchströmungsrichtung, zu der zu fixierenden Flammensperre oder Verteileinrichtung angeordnet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung kann mindestens ein Dichtelement ein oder beidseitig von Brenneraustrittselement und/ oder dem mindestens einen Brennerteil angeordnet sein. Insbesondere kann jedes Brenneraustrittselement und jedes Brennerteil jeweils ein Dichtelement auf Eintrittsseite und Austrittsseite aufweisen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann die formschlüssige erste Verbindung eine Crimpverbindung sein. Eine Crimpverbindung ist eine durch plastische Verformung gebildete formschlüssige Verbindung. Vorteilhaft kann eine derartige (erste) Verbindung auf einfache Weise hergestellt werden. Dabei können Bereiche der Außenkontur eines oder mehrerer zu verbindende Bauteile (Brenneraustrittselement, Brennerbauteil(e), Dichtelemente) derart plastisch verformt werden, dass ein einstückiges Brennerelement gebildet wird.
Gemäß einer Ausgestaltung kann ein Halteteil dazu eingerichtet sein, die Außenkonturen der Bauteile (Brenneraustrittselement, Brennerbauteil(e), Dichtelemente) zu umschließen. Das Umschließen kann dabei durch eine plastische Verformung des Halteteils bewirkt werden. Das Halteteil kann dabei als rahmenartiges Gebilde verstanden werden, dass die Außenkonturen der Bauteile sowie den äußeren Bereich der Eintrittsseite und Austrittsseite des Brennerelementes überdeckt. Dabei kann das Haltelement durch die plastische Verformung bei der Herstellung des Brennerelementes auch eine Druckkraft zwischen Eintrittsseite und Austrittsseite ausüben, die die Bauteile des Brennerelementes zusammendrückt. Vorteilhaft können so Leckagen und Wege für Nebenströmungen minimiert werden. Das Halteteil kann dabei insbesondere dazu eingerichtet sein, mit einem Brennerflansch des Heizgerätes verbunden zu werden. Insofern kann das Halteteil den Außenbereich des Brennerelementes bilden. Das Halteteil ist insbesondere so eingerichtet, dass es die oben beschriebenen Funktionen der formschlüssig umschlossenen ersten Verbindung (eigenständig bzw. vollständig) erfüllt.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das Halteteil aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer einem vorgegebenen Grenzwert bestehen. So kann das thermisch mit den Bauteilen des Brennerelementes gekoppelte Halteteil hervorragend den Wärmeabtransport vom Brennerelement unterstützen. Der Grenzwert kann dahingehend vorgegeben werden, dass eine maximale Temperatur des Brennerelementes nicht überschritten wird und kann beispielsweise in Laborversuchen an einem Referenzheizgerät ermittelt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das Halteteil Öffnungen für Befestigungsmittel zu Befestigung an einem Brennerflansch des Brenners aufweisen. Die Befestigungsmittel können Befestigungspunkten des Brennerflansches entsprechen.
Nach einem weiteren Aspekt wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines hier beschriebenen Brennerelementes vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:

a) Bilden eines Stapels aus mindestens einem Brenneraustrittselement und/ oder mindestens einem Brennerteil und/ oder mindestens einer Fixierung von Flammensperre oder Verteileinrichtung und/ oder mindestens einem Dichtelement, und
b) Umschließendes Anformen eines Halteteils mittels plastischer Verformung um eine gemeinsame Außenkontur des in Schritt a) gebildeten Stapels wodurch das Brennerelement einstückig ausgebildet wird.

Bei einer regulären Durchführung des Verfahrens können die Schritte a) und b) mindestens einmal in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Das Verfahren dient der Vereinfachung einer Montage eines Brenners eines Heizgerätes.
Gemäß einem Schritt a) kann ein Stapel aus einem Brenneraustrittselement und/ oder mindestens einem Brennerteil und/ oder mindestens einer Fixierung von Flammensperre oder Verteileinrichtung und/ oder mindestens einem Dichtelement gebildet werden. Das Bilden eines Stapels bedeutet ein fluchtendes Anordnen der Bauteile (Brenneraustrittselement(e), Brennerteil(e), Dichtelement(e)) in der gewünschten Reihenfolge. Der Stapelkann somit als gerader Zylinder verstanden werden, bei dem die Grundfläche senkrecht zur Durchströmungsrichtung ausgerichtet ist und die Mantelfläche von den Außenkonturen bzw. Stirnseiten der Bauteile gebildet wird. Eine beispielhafte Anordnung kann in folgender Reihenfolge, ausgehend von der Austrittsseite des Brennerelementes bestehen: Dichtelement, Brenneraustrittselement, Dichtelement, Flammensperre, Dichtelement, Verteileinrichtung, Dichtelement.
Gemäß einem Schritt b) kann ein umschließendes Anformen eines Halteteils mittels plastischer Verformung um eine gemeinsame Außenkontur des in Schritt a) gebildeten Stapels sein, wodurch das Brennerelement einstückig ausgebildet wird. Dies kann auch als Bilden einer ersten Verbindung des Stapels zu einem monolithischen Brennerelement verstanden werden. Mit anderen Worten wird aus dem Stapel und dem Halteteil durch plastische Verformung desselben ein monolithisches Brennerelement gefügt. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der Stapel aus Schritt a) in einem einseitig geöffneten Halteteil angeordnet wird und das Halteteil anschließend durch ein plastisches Verformen beidseitig geschlossen wird. Beidseitig schließen bedeutet hier, dass das Halteteil die Außenkontur, damit die Mantelfläche des vom Stapel gebildeten Zylinders umschließt sowie in den Außenbereich der Seite, die zur Durchströmung eingerichtet ist, hineinragt. Der Außenbereich bezeichnet hier einen zur Befestigung / einem sicheren Umschließen des Stapels notwendige äußeren Bereich, analog einem Flansch. Der äußere Bereich kann dabei der äußeren Form des Brennerflansches des Einsatzheizgerätes entsprechen.
Die im Zusammenhang mit dem Brennerelement erörterten Details, Merkmale und Ausgestaltungen können entsprechend auch bei einem hier vorgeschlagenen Verfahren und einem hier vorgeschlagenen Heizgerät auftreten und umgekehrt. Insoweit können die Merkmale betreffend das Brennerelement auch zur Charakterisierung des Verfahrens und/ oder des Heizgerätes herangezogen werden und umgekehrt.
Hier werden somit ein Brennerelement, ein Heizgerät und ein Verfahren zum Herstellen eines Brennerelementes angegeben, welche die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise lösen. Insbesondere tragen das Brennerelement und das Verfahren zu dessen Herstellung zumindest dazu bei, die Montage eines Brenners und damit eines Heizgerätes erheblich zu vereinfachen. Dabei können zudem Fehlerquellen bei der Montage ausgeschlossen werden und damit die Betriebssicherheit des Heizgerätes erhöht werden.
Zudem ist die Erfindung für eine Nachrüstung an bestehenden Heizgeräten sehr gut geeignet und kann häufig ohne bauliche Änderungen am Heizgerät erfolgen.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:

Fig. 1:: ein hier vorgeschlagenes Heizgerät, und
Fig. 2:: ein hier vorgeschlagenes Brennerelement in Zusammenbauzeichnung,
Fig. 3:: das Brennerelement aus Fig. 3 mit Halteteil,
Fig. 4:: eine Zusammenbauzeichnung eines weiteren Brennerelementes, und
Fig. 5:: einen Brenner mit einem Brennerelement.

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Heizgerät 10. Dieses kann einen, zumindest teilweise in einer Brennkammer 3 angeordneten Brenner 1 umfassen. Über eine Luftzufuhr 13 kann Verbrennungsluft in einer Durchströmungsrichtung 15 mittels einer Fördereinrichtung 6, die hier als Gebläse ausgebildet ist, aus der Umgebung angesaugt werden. Die Fördereinrichtung 6 kann einen Elektromotor als Antrieb aufweisen, der mit einer Drehzahlregelung 9 verbunden sein kann, die mittels eines pulsweitenmodulierten (PWM-) Signals eine Drehzahl der Fördereinrichtung 6 regeln kann. Ein Gasventil 12 kann dem angesaugten Luftmassenstrom Brenngas (hier Wasserstoff) aus einer Brenngaszufuhr 11 zusetzen und ein Sicherheitsventil sowie ein Brenngasregelventil zur Steuerung des zuzusetzenden Massestromes Brenngas umfassen. Das erzeugte Verbrennungsgemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft kann über einen Gemischkanal 7 zu dem Brenner 1 strömen und dort von einer Zündeinrichtung entzündet werden. Bei der Verbrennung entstehende Wärme kann mittels eines Wärmetauschers 19 beispielsweise auf einen Wärmeträger eines Heizkreises übertragen werden.
Der Brenner 1 umfasst eine Brennerhaube 2, einen Brennerhohlraum 28, dem das Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal 7 zugeführt wird und über ein Brennerelement 4 in die Brennkammer 3 austritt und unter Bildung einer Flamme 5 verbrennt. Das Brennerelement 4 kann bei dem Brenner 1 wie in Fig. 1 gezeigt, eine Zylinderform aufweisen, die mit einer Grundfläche an einer Brennertür als Brennerhaube 2 derart befestigt sein kann, dass Verbrennungsgemisch aus dem Gemischkanal 7 in die Brennerhaube 2 und damit den Brennerhohlraum 28 strömen kann. Die Verbrennungsprodukte können nach der Verbrennung über einen im Heizgerät 10 angeordneten Abgaskanal 18 und eine Abgasanlage 17 in der Durchströmungsrichtung 15 nach außen abgeleitet werden.
Das hier gezeigte Heizgerät 10 ist zur Verbrennung von Wasserstoff eingerichtet. Zudem kann das Heizgerät 10 eine (Vorrichtung zur) Flammenüberwachung 14 aufweisen, die beispielhaft als Elektrode zur Ionisationsstrommessung ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein anderer Sensor, z. B. ein thermischer, optischer, akustischer, chemischer Sensor vorgesehen sein, der die Funktion der Flammenüberwachung 14 erfüllt. Als Flammenüberwachung 14 einer Flamme 5 einer Wasserstoffverbrennung hat sich insbesondere der Einsatz eines Sensors für von der Flamme emittierte UV-(Ultraviolett-) Strahlung als geeignet herausgestellt.
Ein Regel- und Steuergerät 8 kann zur Regelung des Heizgerätes 10 eingerichtet sein. Hierfür kann dieses beispielsweise mit der Drehzahlreglung 9, der Fördereinrichtung 6, dem Gasventil 12 und der Flammenüberwachung 14 elektrisch verbunden sein.
Fig. 2 zeigt Bauteile eines Brennerelementes 4, die für einen Flachbrenner weitestgehend flach ausgebildet sind. Mit den in der Fig. 2 gezeigten Bauteilen kann mittels eines hier vorgeschlagenen Verfahrens ein monolithisches Brennerelement 4, insbesondere mit einem in der Fig. 2 nicht gezeigten Halteteil 16, hergestellt werden indem die Bauteile mittels einer ersten Verbindung zu dem Brennerelement 4 verbunden werden. Bei dem Brennerelement 4 kann ein Brenneraustrittselement 24 auf einer Austrittsseite 32 des Brennerelementes 4 angeordnet sein oder diese bilden. In Durchströmungsrichtung 15 vor dem Brenneraustrittselement 24 kann in dieser Reihenfolge eine Fixierung 23 einer Flammensperre 22, die Flammensperre 22 und eine Verteileinrichtung 20 angeordnet sein. Zwischen den vorgenannten Bauteilen, also zwischen Brenneraustrittselement 4 und der Fixierung 23, zwischen der Fixierung 23 und der Verteileinrichtung 22 kann jeweils ein Dichtelement 21 angeordnet sein und ein Stapel 33 gebildet werden. Zudem kann jeweils ein Dichtelement 21 auf einer Eintrittsseite 31 des Brennerelementes 4 bezogen auf die Durchströmungsrichtung 15 und auf einer Austrittsseite 32 des Brennerelementes 4 bezogen auf die Durchströmungsrichtung 15 angeordnet sein. Eine Verteileinrichtung 20, eine Flammensperre 22, eine Fixierung 23 und ein Dichtelement 21 können auch als Brennerteile 34 verstanden werden. Die Brennerteile 34 und das Brenneraustrittselement 24 können eine weitestgehend gleiche Außenkontur 27 aufweisen und somit deckend, also eine Stirnfläche des Stapels 33 bildend, übereinander angeordnet werden. Das vorbeschriebene Bilden des Stapels 33 kann auch eine Ausgestaltung des Schrittes a) eines hier vorgeschlagenen Verfahrens darstellen.
Fig. 3 zeigt das Brennerelement 4 nach Durchführung des Schrittes b) eines hier vorgeschlagenen Verfahrens mit dem in Fig. 2 gezeigten Stapel 33. Dabei wurde der Stapel 33 in ein Halteteil 16 eingelegt und das Halteteil 16 anschließend mittels Crimpens derart plastisch verformt, dass der Stapel 33 mit einer Druckkraft in Durchströmungsrichtung 15 größer einem vorgegebenen Schwellwert zusammengepresst wird. Hierzu kann das Halteteil 16 in einem Außenbereich 26 der Eintrittsseite 31 und der Austrittsseite 32 den Stapel 33 umschließen. Im Außenbereich 26 kann das Halteteil 16 Befestigungsöffnungen 25 zur Montage mit einer zweiten Verbindung an einem Brennerflansch 30 umfassen. Zudem kann das Halteteil 16 Öffnungen umfassen. Das derart hergestellte Brennerelement 4 kann auf einfache Weise mit der zweiten Verbindung an einem Brenner 1 montiert werden. Die präzise Montage des Brennerelementes 4 mittels eines hier vorgeschlagenen Verfahrens kann sicherstellen, dass keine Nebenströmungen bzw. Undichtigkeiten auftreten.
Fig. 4 zeigt eine Zusammenbauzeichnung gemäß Fig. 2 einer alternativen Ausgestaltung des Brennerelementes 4. Dieses weist als Brennerteile 34 eine Flammensperre 22 und eine Fixierung 23 der Flammensperre 23 und Dichtelemente 21 auf. Der gebildete Stapel 33 kann mittels eines Halteteils 16 und gemäß Schritt b) eines hier vorgeschlagenen Verfahrens zu einem Brennerelement 4 mit der ersten Verbindung verbunden werden.
Fig. 5 zeigt einen Brenner 1 mit einem hier vorgeschlagenen Brennerelement 4. Der Brenner 1 in Fig. 5 kann in einem Heizgerät 10 gemäß Fig. 1 installiert sein. Bei dem Brenner 1 gemäß Fig. 5 handelt es sich um einen Flachbrenner mit einer Brennerhaube 2 die mit dem Brennerelement 4 den Brennerhohlraum 28 ausbildet, der mit dem Gemischkanal 7 verbunden ist. Verbrennungsgemisch kann aus dem Gemischkanal 7 in Durchströmungsrichtung 15 in den Brennerhohlraum 28 eintreten, das Brennerelement 4 durchströmen, in die Brennkammer 3 austreten und dort unter Bildung einer Flamme 5 verbrennen.
Die Brennerhaube 2 kann den Brennerflansch 30 ausbilden, der das Brennerelement 4 aufnehmen kann und an dem es mittels einer Befestigung 29 die zweiten Verbindung bildend, hier ausgebildet als Schraubverbindung, montiert werden kann. Bei der Montage des Brenners 1 muss als Vorteil der Erfindung somit lediglich das Brennerelement 4 dichtend am Brennerflansch 30 befestigt werden und somit lediglich eine dichtende Verbindung hergestellt werden.

Bezugszeichenliste

1: Brenner
2: Brennerhaube
3: Brennkammer
4: Brennerelement
5: Flamme
6: Fördereinrichtung
7: Gemischkanal
8: Regel- und Steuergerät
9: Drehzahlregelung
10: Heizgerät
11: Brenngaszufuhr
12: Gasventil
13: Luftzufuhr
14: Flammenüberwachung
15: Durchströmungsrichtung
16: Halteteil
17: Abgasanlage
18: Abgaskanal
19: Wärmetauscher
20: Verteileinrichtung
21: Dichtelement
22: Flammensperre
23: Fixierung
24: Brenneraustrittselement
25: Befestigungsöffnungen
26: Außenbereich
27: Außenkontur
28: Brennerhohlraum
29: Befestigung
30: Brennerflansch
31: Eintrittsseite
32: Austrittsseite
33: Stapel
34: Brennerteil

Claims

Brennerelement (4) für ein Heizgerät (10), eingerichtet von einem Verbrennungsgemisch aus einem Brenngas und Verbrennungsluft durchströmt zu werden und dieses an einer Austrittsseite (32) zu verbrennen, umfassend ein Brenneraustrittselement (24), und mindestens ein Brennerteil (34), das parallel zu dem Brenneraustrittselement (24) angeordnet ist, wobei das Brenneraustrittselement (24) und das mindestens eine Brennerteil (34) mit einer ersten Verbindung formschlüssig umschlossen miteinander zu dem Brennerelement (4) verbunden sind und das Brennerelement (4) dazu eingerichtet ist, an einem Brenner eines Heizgerätes mit einer zweiten Verbindung befestigt zu werden.
Brennerelement (4) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Brennerteil (34) eine Flammensperre (22), eine Verteileinrichtung (20) und/ oder eine Fixierung (23) von Flammensperre (22) oder Verteileinrichtung (20) sind, die einer Eintrittsseite (31) des Brennerelementes (4) zugewandt angeordnet sind.
Brennerelement (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Dichtelement (21) ein oder beidseitig von Brenneraustrittselement (24) und/ oder dem mindestens einen Brennerteil (34) angeordnet ist.
Brennerelement (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste formschlüssige Verbindung eine Crimpverbindung ist.
Brennerelement (4) nach Anspruch 4, wobei ein Halteteil (16) Außenkonturen (27) des Brenneraustrittselementes (24), des mindestens einen Brennerteils (34) und/ oder des mindestens einen Dichtelements (21) umschließt und die erste Verbindung ausbildet.
Brennerelement (4) nach Anspruch 5, wobei das Halteteil (16) Befestigungsöffnungen (25) für Befestigungsmittel zu Befestigung (29) an einem Brennerflansch (30) des Brenners (1) aufweist.
Brennerelement (4) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Brennerelement (4) eine Verteileinrichtung (20) und eine zwischen Brenneraustrittselement (24) und Verteileinrichtung (20) angeordnete Flammensperre (22) umfasst, und zwischen Halteteil (16), Flammensperre (22), Verteileinrichtung (20) und Brenneraustrittselement (24) jeweils ein Dichtelement (21) angeordnet ist.
Heizgerät (10), aufweisend eine Fördereinrichtung (6), eingerichtet ein Verbrennungsgemisch aus einem Brennstoff und Verbrennungsluft zu einem Brenner (1) zu fördern, wobei der Brenner (1) ein Brennerelement (4) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Heizgerät (10) nach Anspruch 8, wobei das Heizgerät (10) zur Verbrennung eines Brenngases als Brennstoff enthaltend mindestens 80 Prozent Wasserstoff eingerichtet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Brennerelementes (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
a) Bilden eines Stapels (33) aus mindestens einem Brenneraustrittselement (24) und mindestens einem Brennerteil (34), und

b) Umschließendes Anformen eines Halteteils (16) mittels plastischer Verformung um eine gemeinsame Außenkontur (27) des in Schritt a) gebildeten Stapels (33), wodurch das Brennerelement (4) einstückig ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei bei der Durchführung des Schrittes b) eine den Stapel (33) und das Halteteil (16) verbindende Druckkraft größer einem Schwellwert aufgebracht wird.