DE19637666A1 - Druckregeleinrichtung für die Gaszufuhr zu einer Gaskocheinrichtung mit unter einer durchgehenden Kochfläche angeordneten Gasstrahlungsbrennern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckregeleinrichtung für die Einstellung einer druckschwankungsfreien Gaszufuhr und die Einregelung eines für den Betrieb eines Brenners notwendigen Arbeitsdruckes zu einer Gaskocheinrichtung mit wenigstens einem unter einer durchgehenden Kochfläche aus einem für Wärmestrahlung durch­ lässigen Material, wie Glaskeramik, Glas, Keramik oder einem ähnlichen Material angeordneten Gasstrahlungsbrenner, mit einer Brennerkammer und einer Brenner­ platte, insbesondere aus Fasermaterial, mit üblichen Zünd-, Sicherheits- und Tem­ peraturüberwachungs-Einrichtungen, mit Abgaskanälen zum Abführen der Verbren­ nungsgase, sowie mit einer Regeleinrichtung für die Gaszufuhr, die einen Ventil­ block, insbesondere mit magnetischer Steuerung und mit im Block positionierten auswechselbaren, verschiedenen Gasarten anpaßbaren Düsen umfaßt, wobei sich die Regeleinrichtung für die Gaszufuhr in einem Raum befindet, der über, im Bereich ihrer Umfangsflächen gasdichte Leitungen, insbesondere über Rohre mit der Bren­ nerkammer in Verbindung steht.

Gaskocheinrichtungen mit Gasstrahlungsbrennern, Glaskeramik-Kochplatten und Regeleinrichtungen für die Gaszufuhr sind in zahlreichen Ausführungsformen be­ schrieben worden, so z. B. in der DE 39 34 562 C1, US-PS 3,468,298, DE-OS 26 21 801, US-PS 4,083,355 oder in der US-PS 4,201,184.

Bei Gasstrahlungsbrennern wird das Gas an der Oberfläche einer aus poröser Ke­ ramik bestehenden Brennerplatte verbrannt. Bei einer Gaskocheinrichtung sind ein oder mehrere solcher Gasstrahlungsbrenner mit Abstand unter einer gemeinsamen, an sich bekannten Glaskeramikplatte angeordnet, wobei durch jeden Brenner an der Oberseite der Glaskeramikplatte eine Kochstelle definiert wird. Jeder einzelne Gasstrahlungsbrenner ist dabei mit einer Zündeinrichtung und mit einer Zündsiche­ rung gegen unverbraucht abströmendes Brenngasgemisch gesichert. Die Beschrei­ bung einer derartigen Brennerplatte findet sich z. B. in der EP 01 87 508 A2.

Die Temperatur der strahlenden Brennerplatte liegt je nach der Temperaturbestän­ digkeit des Materials zwischen etwa 900°C und 950°C. Die dem Brenner maximal zuführbare Gasmenge ist durch konstruktive Maßnahmen mittels Regeleinrichtungen so begrenzt, daß eine maximale Betriebstemperatur nicht überschritten werden kann, z. B. um das Material der Brennerplatte oder der Kochfläche zu schonen und auch um überflüssige Energieverluste zu vermeiden.

Die zulässige Maximaltemperatur von Glaskeramikkochflächen liegt üblicherweise zwischen etwa 700°C und 750°C.

Da bei Töpfen mit ungeeigneten, insbesondere unebenen Böden oder auch bei nichtbesetzter Kochstelle bei eingestellter hoher Leistung innerhalb kurzer Zeit in der Glaskeramikplatte Temperaturen von 900°C und mehr auftreten können, ist zum Schutz der Glaskeramikplatte ein Temperaturbegrenzer vorgesehen, durch den der­ artige Übertemperaturen sicher verhindert werden können.

Solche Temperaturbegrenzer sind z. B. in der DE-OS 26 21 801 oder der US-PS 4,201,184 ausführlich beschrieben.

Für den praktischen Einsatz zur Beheizung einer Kochfläche muß neben einer Tem­ peraturbegrenzung auch noch eine Regelung oder Steuerung der Leistung des Brenners vorhanden sein.

Zur Steuerung der Leistung sind dabei zwei Prinzipien bekannt:
Nach dem einen wird der Brenner kontinuierlich betrieben und die zugeführte Gas­ menge wird entsprechend der geforderten Leistung vermindert oder vergrößert und nach dem anderen Prinzip wird der Brenner getaktet betrieben, d. h. der Brenner wird stets mit der maximalen Gasmenge betrieben und die geforderte Leistung ergibt sich aus dem Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit (Taktverhältnis).

Aus der DE 33 15 745 C2 ist ein Kochfeld mit gasbeheizten Brennern und mit einer durchgehenden Kochfläche aus Glaskeramik oder vergleichbarem Material bekannt, mit mindestens zwei eindeutig getrennten Kochzonen, denen jeweils separate Brennstellen zugeordnet sind, mit einer Warmhaltezone und mit Abgaskanälen zum Abführen der Verbrennungsgase sowie mit Hilfseinrichtungen, wobei die Brennstel­ len Brennkammern, Gasmischkammern, Gasmischeinrichtungen und Regeleinrich­ tungen aufweisen und wobei die Brennstellen, die Warmhaltezone und die Abgas­ kanäle an den nicht der Wärmeübertragung an das Kochfeld dienenden Bereichen einschließlich aller Komponenten der Brennstellen von einem diesen Teilen gemein­ samen, aus massearmen und wärmeisolierendem Material bestehenden Bauteil um­ schlossen sind.

Aus dieser DE 33 15 745 C2 ist auch zu entnehmen, daß eine Düsenplatte alternativ aus Silikatfasermaterial hergestellt werden kann (Spalte 6, Z. 21/22).

Die Regeleinrichtung für die Gaszufuhr nach der DE 33 15 745 C2 weist keine Ven­ tilblöcke mit auswechselbaren Düsen auf und ist an verschiedene Gasarten nur sehr aufwendig anzupassen.

In der DE 38 44 081 A1 wird ein Kochapparat mit zumindest einem Kochfeld aus ei­ nem in eine Brennerplatte eingesetzten Brennertopf, einer Düsenplatte und einer mit Abstand über der Düsenplatte angeordneten Keramikplatte offengelegt, wobei un­ terhalb des Brennertopfes ein Zwischenboden angeordnet und unterhalb des Zwi­ schenbodens ein Raum für Steuer und/oder Regel- und/oder Überwachungsaggre­ gate ausgebildet ist, und wobei eine Abgasabführung eingerichtet ist, wobei auf der rückwärtigen Seite des Kochapparates ein im wesentlichen vertikaler Schacht ange­ ordnet ist, der an einen Abführungskanal anschließbar oder als solcher ausgeführt ist, und wobei in dem Raum für die Steuer- und/oder Regel- und/oder Überwa­ chungsaggregate ein Lüfter angeordnet ist, der durch diesen Raum von der Front­ seite her primär Kühlluft ansaugt und diese in den Schacht eindrückt, wobei der Schacht als Strömungskanal so ausgebildet ist, daß die Primärkühlluft über dem Abstandsraum zwischen der Brennerplatte und dem Zwischenboden Sekundärkühl­ luft ansaugt und das aus dem Raum zwischen der Brennerplatte und der Keramik­ platte austretende Abgas abführt.

Der DE 38 44 081 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kochapparat des beschrie­ benen Aufbaus in bezug auf die Beherrschung der Abwärme und damit in wärme­ technischer Hinsicht insgesamt zu verbessern.

Hier wird ein Lüfter eingesetzt, um mit relativ hohem apparativem Aufwand lediglich das Abgas zu entfernen.

Auch eine an verschiedene Gasarten angepaßte Regeleinrichtung ist nicht vorgese­ hen.

Aus der US-PS 4,020,821 ist es bekannt, ein Gebläse in eine Gaskocheinrichtung mit einer durchgehenden Platte z. B. aus Glaskeramik zu positionieren, das zusätz­ lich Luft für eine gute Verbrennung des Gases heranführt.

Hier werden jedoch keine Gasstrahlungsbrenner mit Brennerplatten, sondern Bren­ ner mit offener Flamme eingesetzt, die auch andere Regeleinrichtungen erfordern.

In der GB 2 230 595 A ist ein Gasherd beschrieben, mit einer Glaskeramik-Platte und mindestens einem dicht unter der Platte angeordnetem Gasstrahlungsbrenner, wobei jeder Brenner eine Brennerkammer mit einer großen Anzahl von Einzelkam­ mern aufweist und wobei darüber eine passend zur Anordnung der Kammern perfo­ rierte Brennerplatte aus massiver Keramik angeordnet ist; des weiteren mit einer Gaszuführung und einer Ventilatoreinrichtung um Verbrennungsluft immer dann zur Verfügung zu stellen, wenn der Brenner arbeitet.

Sowohl die US-PS 4,020,821 wie auch die GB 2 230 595 A zeigen die Verwendung von Ventilatoren bzw. Gebläsen bei Gaskocheinrichtungen mit durchgehenden Glaskeramik-Kochflächen, jedoch ist die Gesamtanordnung der Kocheinrichtungen einschließlich der Regeleinrichtungen für die Gaszufuhr sehr kompliziert und auf­ wendig und daher dementsprechend anfällig im praktischen Einsatz, teuer in der Herstellung und unflexibel gegenüber einem Wechsel der Gassorte.

Keiner der Schriften des Standes der Technik sind außerdem Druckregeleinrichtun­ gen für die Einstellung einer druckschwankungsfreien Gaszufuhr und für die Einre­ gelung eines für den Betrieb eines Brenners notwendigen Mindestarbeitsdruckes zu entnehmen.

Die deutsche DE 43 26 945 A1 legt eine Gaskocheinrichtung offen, mit wenigstens einem unter einer durchgehenden Kochfläche aus einem für Wärmestrahlung durchlässigen Material, wie Glaskeramik, Glas, Keramik bzw. einem ähnlichen Ma­ terial angeordneten Gasstrahlungsbrenner mit einer Brennerkammer und einer Brennerplatte, insbesondere aus Fasermaterial, mit Regeleinrichtungen für die Gas­ zufuhr, sowie mit üblichen Zünd-, Sicherheits- und Temperaturüberwachungseinrich­ tungen, mit Abgaskanälen zum Abführen der Verbrennungsgase, sowie mit einer Einrichtung, insbesondere einem Gebläse, mit dem zusätzliche Luft an die Brenner­ platte herangeführt wird, wobei sich die Einrichtung, mit der von außen zusätzlich Luft angesaugt und an die Brennerplatte herangeführt wird, und die Regeleinrich­ tung für die Gaszufuhr in einem abgetrennten Raum befinden, in dem ein Überdruck aufrecht erhalten wird, und der über, im Bereich außerhalb des abgetrennten Rau­ mes auf ihren Umfangsflächen gasdichte Leitungen, insbesondere über Rohre mit der Brennerkammer und nach außen in Verbindung steht, und wobei die Regelein­ richtung für die Gaszufuhr einen Ventilblock, insbesondere mit magnetischer Steue­ rung, mit im Block positionierten auswechselbaren Düsen, mit Öffnungsdurchmes­ sern von 0,5 mm bis 2,0 mm, insbesondere 1 mm, anpaßbar an verschiedene Gasar­ ten enthält.

Problematisch bei allen Gas-Strahlungsbrennern ist aber, daß solche Brenner auf Gasdruckschwankungen sehr empfindlich reagieren. Fällt der Druck stark unter Nenndruck ab, so führt dies zu einem sehr luftreichen Gas-/Luftgemisch und damit zu einem schlechteren Wirkungsgrad bei gleichzeitig verminderten Kochleistungen. Fällt der Druck sehr weit unter Nenndruck, wie dies in manchen Ländern und Regio­ nen speziell im Winter der Fall sein kann, so führt dies zu einem vollständigen Aus­ fall des Gerätes, da der Brenner wegen zu hohem Luftüberschuß nicht mehr zündet. Beispielhaft sei hier auch Italien erwähnt, wo anstelle eines normalen Erdgasdrucks von 17 bis 25 mbar, im Winter durchaus nur noch 8 mbar zur Verfügung stehen kön­ nen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, mit Hilfe einer Druckregeleinrich­ tung Kochgeräte auch mit stark im Druck schwankenden, unterschiedlichen Gasen ohne Einbußen im Wirkungsgrad, bzw. mit einer gleichmäßigen Leistungsfähigkeit betreiben zu können, wobei die Brenner nach der Erfindung sowohl mit einer atmo­ sphärischen Luft-Ansaugung (Venturi-Prinzip), als auch Gebläse-unterstützt ausge­ legt sein können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Druckregeleinrich­ tung die Regeleinrichtung für die Gaszufuhr auch bei unterschiedlichen Gasarten und sich ändernden Eingangs-Gasdrücken zwischen 8 und 100 mbar, mit einem druckschwankungsfreien und konstanten Arbeits-Gasdruck von mindestens 2,5 mbar, insbesondere von 7 mbar versorgt wobei die Luftzufuhr zur Brennerkam­ mer über querschnittsverengende Elemente (Schikanen) im Eingangsbereich der gasdichten Leitungen eingestellt ist.

Die Angabe des Gasdrucks in "mbar" ist eine absolute Angabe. Nach der vorliegen­ den Erfindung ist ein Druck gemeint, der um den angegebenen Wert in "mbar" über dem atmosphärischen Luftdruck (1013 mbar) liegt.

Dabei werden nach der Erfindung die querschnittsverengenden Elemente, die als Injektoren ausgebildet sind, im Eingangsbereich der gasdichten Leitungen, bei ei­ nem Arbeitsgasdruck von 7 mbar auf einen Querschnitt von bis zu 15% des Rohr­ querschnittes verengt.

Die Druckabhängigkeit läßt sich nach der Erfindung mit dem Einsatz eines Druckreg­ lers weitestgehend ausschließen. Solche Druckregler zeichnen sich durch ihren großen Eingangsdruckbereich von z. B. 5 bis 100 mbar bei konstantem Ausgangs­ druck von z. B. 7 mbar aus. Damit lassen sich die jahreszeit- und/oder gasnetzbe­ dingten Einflüsse eliminieren.

Um ein Kochgerät ohne drastische Einbußen im Wirkungsgrad, bzw. in der Lei­ stungsfähigkeit betreiben zu können, ist ein konstanter Betriebsdruck von 5 bis 8 mbar anzustreben.

Gas-Strahlungsbrenner z. B. auf Cordierit-Basis arbeiten allerdings bei einem solch geringen Betriebsdruck nur noch mit sehr hohem technischen und konstruktivem Aufwand atmosphärisch, d. h. die Luftansaugung kann bedingt durch diesen gerin­ gen Druck unzureichend sein. Die existierenden Abgasnormen für Kochgeräte kön­ nen unter solchen Bedingungen daher auch nur knapp eingehalten werden.

Werden, wie nach der Erfindung vorgeschlagen in die zusammen mit der Druckrege­ leinrichtung verwendeten Brennerplatten aus Fasermaterial zusätzliche Öffnungen, insbesondere Löcher oder Perforationen eingebracht, so können die so ausgerüste­ ten Brenner problemlos auch atmosphärisch arbeiten, bedingt einmal durch die an sich sehr hohe offene Porosität des Faserwerkstoffs von über 90 Vol.-% und zum anderen durch den sich aus dieser Maßnahme ergebenden dann noch geringeren Druckabfall.

Vorteilhafte Flächenanteile der Öffnungen in der Brennerplatte, ihre Geometrien und Muster sind abhängig von der Brennerkonstruktion und besonders von den Lei­ tungsquerschnitten, die den Druckabfall beeinflussen. Sie sind vorab auf den jewei­ ligen Brennertyp in einfachen Versuchen einzurichten.

Ein gebläseunterstützter Brenner wie er dieser Erfindung ebenfalls auch zugrunde liegt ist von einer atmosphärischen Ansaugung unabhängig. Die Verbrennungsluft kann hier durch geeignete Auslegung der Injektorquerschnitte eingestellt werden. Dies führt zu sehr guten Abgaswerten und Wirkungsgraden über den gesamten Druck- und Gasartenbereich. Die Brennerplatte kann bei einem gebläseunterstütz­ ten Brenner auch ohne zusätzliche Öffnungen problemlos mit optimalem Wirkungs­ grad betrieben werden.

Nach der Erfindung kann die Druckregeleinrichtung dabei innerhalb oder außerhalb des Kochfeldes oder des Kochgerätes, montiert werden.

Die Erfindung wird nun noch anhand der Fig. 1 und 2 und den dazu gehörenden Ausführungsbeispielen näher verdeutlicht:
In Fig. 1 ist schematisch ein geöffnetes Gaskochfeld dargestellt. Die zur Abgasab­ führung notwendige Dämmung des Oberteils und die Glaskeramik-Kochfläche sind der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Baugruppe wird durch den Gaseinlaßstutzen 4, den Druckregler 2, und der Gasregeleinrichtung 1 gebildet. Als Druckregler 2 wurde beispielsweise ein handelsübliches Gerät der Firma Maxitrol, USA mit der Bezeich­ nung RV 47 ML eingesetzt. Alle genannten Komponenten werden auf ein gemein­ sames Trägerblech 8 montiert. Eine solche Anordnung zu einer Baugruppe/Modul ist besonders vorteilhaft, da dieses Modul separat gefertigt, auf Dichtheit überprüft und direkt zur Endmontage angeliefert werden kann.

Weiterhin sind die Steuerplatine 6, der Energiestellerblock 7 und die Brenner 5 mit einer Fasermatte bestehend aus SiC-Fasern dargestellt.

Fig. 2 stellt die beschriebene Baugruppe, bestehend aus Gaseinlaßstutzen 4, Druck­ regler 2 und der Gasregeleinrichtung 1, montiert auf das gemeinsame Trägerblech 8 dar.

Die Gasregeleinrichtung 1 ist in ihrer geometrischen Auslegung in der bevorzugten Ausführung so dimensioniert, daß immer gerade Verrohrungen 9 verwendet werden können, wie das aus Kostengründen viel günstiger ist. Der Druckregler 2 ist so ein­ gebaut, daß lediglich ein minimaler Raumbedarf benötigt wird.

Ein Düsenwechsel 10 und/oder Austausch von Luft-Injektoren 11 lassen sich mit dieser Konstruktion einfach und schnell durchführen. Das Kochfeld braucht nicht durch umfangreiche und zeitraubende Schritte auseinandergebaut werden, um an die Düsen 10 zu kommen. Es muß lediglich die Trägerplatte 8 abgeschraubt werden; dann hat man direkten Zugang zu Düsen und Injektoren.

Die Vorteile der Druckregeleinrichtung nach der vorliegenden Erfindung sind:

• - druckschwankungsfreie Gaszufuhr zum Brenner
• - konstanter, ausreichender Arbeitsdruck des Gases im Brenner
• - konstante Luftzufuhr zum Brenner
• - gleichbleibende, niedrige Abgasemissionen, als Funktion eines konstanten Gas­ drucks
• - optimale Abgaswerte und Wirkungsgrade
• - konstante Ankochzeit, unabhängig von regional und/oder jahreszeitlich schwan­ kendem Gasdruck in der anführenden Gasleitung
• - auch die Verwendung von Stadtgas wird damit vereinfacht
• - eine jeweils optimale Druckregeleinrichtung ist für unterschiedliche Gasarten und unterschiedliche Gasdruckbereiche durch leichte Zugänglichkeit und Austausch­ barkeit der Regeleinrichtung einsetzbar.

Claims (5)

1. Druckregeleinrichtung für die Einstellung einer druckschwankungsfreien Gaszu­ fuhr und die Einregelung eines für den Betrieb eines Brenners notwendigen Ar­ beitsdruckes zu einer Gaskocheinrichtung mit wenigstens einem unter einer durchgehenden Kochfläche aus einem für Wärmestrahlung durchlässigen Mate­ rial, wie Glaskeramik, Glas, Keramik oder einem ähnlichen Material angeordne­ ten Gasstrahlungsbrenner, mit einer Brennerkammer und einer Brennerplatte, insbesondere aus Fasermaterial, mit üblichen Zünd-, Sicherheits- und Tempera­ turüberwachungs-Einrichtungen, mit Abgaskanälen zum Abführen der Verbren­ nungsgase, sowie mit einer Regeleinrichtung für die Gaszufuhr, die einen Ventil­ block, insbesondere mit magnetischer Steuerung und mit im Block positionierten auswechselbaren, verschiedenen Gasarten anpaßbaren Düsen umfaßt, wobei sich die Regeleinrichtung für die Gaszufuhr in einem Raum befindet, der über, im Bereich ihrer Umfangsflächen gasdichte Leitungen, insbesondere über Rohre mit der Brennerkammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckregeleinrichtung die Regeleinrichtung für die Gaszufuhr auch bei unterschiedlichen Gasarten und sich ändernden Eingangs-Gasdrücken zwi­ schen 8 und 100 mbar, mit einem druckschwankungsfreien und konstanten Ar­ beits-Gasdruck von mindestens 2,5 mbar, insbesondere von 7 mbar versorgt, wobei die Luftzufuhr zur Brennerkammer über querschnittsverengende Elemente (Schikanen) im Eingangsbereich der gasdichten Leitungen eingestellt ist.

2. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die querschnittsverengenden Elemente im Eingangsbereich der gasdichten Leitungen, bei einem Arbeitsgasdruck von 7 mbar, je nach Gasart den Quer­ schnitt auf bis zu 15% des Nominalquerschnitts der Leitungen verengen.

3. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerplatte aus Fasermaterial zusätzliche Öffnungen, insbesondere Löcher und Perforationen aufweist.

4. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskocheinrichtung eine Einrichtung, insbesondere ein Gebläse um­ faßt, mit dem zusätzlich Luft an die Brennerplatte herangeführt wird.

5. Druckregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusammen mit der Gaszufuhr und der Regeleinrichtung für die Gaszu­ fuhr als konstruktive, bauliche Einheit auf einem gemeinsamen Trägerblech montiert ist.