A gázkészülékek csoportosítása A Gáz- és Olajipari Műszaki Biztonsági Szabályzat (GOMBSZ) a gázkészülékeket egységteljesítmény szerint: 58 kw egységteljesítményt meg nem haladó és 58 kw egység- és 116 kw összteljesítmény feletti hőtermelő berendezésekre osztja. A készülékek csoportosítása az égéstermék-elvezetés módja szerint: égéstermék-elvezetés nélküli készülékek, égéstermék elvezetéssel kialakított készülékek, zárt égésterű készülékek. MSZ CR 1749:2001 és GMBSZ: az égési levegőellátás és az égéstermék eltávolítás szempontjából kidolgozott osztályozás során a készülékeket csoportokba (A, B és C) és alcsoportokba sorolják, továbbá ezeken belül is különböző változatok találhatók. A csoportosítás legfelső szintje a következő: A csoport: nem kéménybe vagy olyan égéstermék elvezető berendezésbe kötött készülék, ami az égésterméket a készülék felállítására szolgáló helyiség légterén kívülre juttatja. B csoport: olyan égéstermék elvezető berendezésbe kötött készülék, amely az égésterméket a készülék felállítására szolgáló helyiség légterén kívülre juttatja. Az égési levegő közvetlenül a helyiség légteréből jut a készülékbe. 1
C csoport: azok a készülékek, amelyekben az égéstermék áramkör (égési levegő ellátás, égéstér, hőcserélő, az égéstermékek eltávolítása) a készülék felállítására szolgáló helyiség légterétől elzárt. Más csoportosítás a szabályzatban: a névleges hőterhelés szempontjából külön kezeli a a 140 kw-nál nem nagyobb, illetve a 140 kw-nál nagyobb (egység) hőterhelésű gázfogyasztó készülékeket. 2
A jellegzetes A típusú gázkészülékek: tűzhely, kéménybe nem kötött kis gázvízmelegítő, tárolós gázvízmelegítő. A jellegzetes B típusú gázkészülékek: átfolyós vízmelegítő, fali kazán, cirkó, kombinált fűtő- és gázvízmelegítő, padlón álló kazán, kéménybe kötött gázkonvektor, falifűtő. Jellegzetes C típusú gázkészülékek: külsőfali gázkonvektor, ventilátoros fali gázkészülékek, kondenzációs gázkészülékek. 3
Gázkészülékek működési elvei Átfolyós vízmelegítő (B 11 típus) Átfolyós vízmelegítő a gyújtóláng meggyújtásakor 4
Átfolyós vízmelegítő a vízáramlás megindulásakor 5
Fali fűtőkészülék (B 11 ) Kéménybe kötött gázkonvektorok és falifűtők (B 11 típusok) Egyedi fűtőkészülékek. A hőt főleg konvekcióval, kisebb mértékben sugárzással adják át a helyiségnek. 6
C típusú gázkészülékek Külsőfali gázkonvektor: C 11 típus A konvektorok különböző kialakítású és ezért különböző esztétikai igényeknek megfelelő burkolata alatt acéllemezből készült vagy öntöttvas hőhasznosító hőcserélő helyezkedik el, amelyet az alatta található atmoszférikus égőből felfelé áramló égéstermék melegít. A hőcserélő külső oldalán áramlik a helyiség levegő, amely felmelegedve a készülék oldalának felső részén kialakított nyílásokon jut a fűtött térbe. A korszerű gázkonvektorok termoelektromos égésbiztosítással és piezoelektromos gyújtással készülnek. 7
Kondenzációs kazánok Elsőgenerációs kazán: utánkapcsolt 2. hőcserélő égéstermék ventilátor kondenzátum elvezetés Második generációs kondenzációs kazán 8
Alkalmazási feltételek Az égéstermék hőmérséklet és a kondenzvíz-mennyiség alakulása kondenzációs kazánoknál 9
Sugárzó gázfűtések A gáztüzelésű sugárzó fűtőkészülékek kisebb teljesítménnyel időszakosan használt helyiségek (fürdőszobák, konyhák, hallok, irodák, felvonulási épületek, stb.) fűtésére készülnek, falra vagy mennyezetre szerelt, kéménybe kötött vagy kéménybe nem kötött kivitelben. Nagyobb teljesítményű sugárzóernyőket alkalmaznak gyártócsarnokok vagy nagy közösségi csarnokok, templomterek és egyéb nagy terek hőellátására. A készülékek a névleges teljesítmény döntő hányadát, 55 70%-át sugárzással adják le, a kisebb rész a készülék konvekciós hőleadása. Külön fűtési iparág a szabadban lévő munka- és szórakozóhelyek temperálása sugárzóernyőkkel, égéstermék elvezetés nélküli kivitelben. Az égés, illetve a hőátadás módja szerint a gyakorlatban vörösen sugárzó (infravörös) vagy sötéten sugárzó készülékkialakításokról beszélünk. A vörösen sugárzó készülékek esetében az égés a kerámia betétes, vagy az egyéb, megfelelő anyagból készült felületen jön létre, gyakorlatilag láng kialakulása nélkül. A felület izzásba jön és nagy, kb. 800 1000 C-os felületi hőmérsékletével a hőt döntően sugárzással adja át a környezetének. A keletkező égéstermék a helyiség légterében marad és onnan szellőzés révén távozik el, vagy a készülékhez illesztett égéstermék elvezetésen keresztül jut a szabadba. Vörösen sugárzó készülék elemei (SOLARONICS) 1 az előkeverési kamra előmelegítése; 2 kerámia lap; 3 fémrács; 4 beállítható ernyők Az ún. sötéten sugárzó készülékeknél az égőben a gáz-levegő keverék elégetésekor keletkező égéstermék a sugárcsőben halad tovább, amelyet felmelegít. A meleg égőcső hőjét a fölötte elhelyezett reflektor irányítja a tartózkodási zónába. Az égéstermék az égéstermék elvezető 10
csőben halad tovább, amelynek szintén van sugárzásos hőleadása. A lehetőleg homogén hőleadás érdekében a sugárcső és az égéstermék-elvezető cső anyaga eltérő lehet és az égéstermék csőben perdítő elemet helyeznek el. Az égéstermék a csatlakozó kéményen távozik, áramlását ventilátor is segítheti. Egyenes és U-csöves sötéten sugárzó készülék elemei 11
Gázkészülékek szerelvényei és biztonsági berendezései A gázégők szerelvényei a következők szerint csoportosíthatók: az égők üzeméhez szükséges szerelvények, mint a gyújtószerkezetek valamint az égőteljesítmény, illetve az éghető gáz és az égési levegő térfogatáramának szabályozására szolgáló szerelvények, biztonsági szerelvények, mint az égés, a vízáramlás és a gáznyomás meglétét ellenőrző, valamint a ventilátor (ha a készülékben van) üzemét ellenőrző szerkezetek, továbbá kombinált szerelvények. Gyújtószerkezetek A gyújtószerkezet működhet félautomatikus elven, vagy lehet automatikus gyújtás. A félautomatikus szerkezeteket csak az atmoszférikus égőknél használják. A megoldás lényege, hogy a főlángot egy őrláng gyújtja meg, amelyet előzőleg kézzel meggyújtottak. Az őrlángot a régebbi készülékekben gyufával gyújtották meg, ezt azonban felváltotta az úgynevezett piezoelektromos gyújtószerkezet. Az őrláng alkalmazása energiapazarló, mert gázfogyasztása folyamatosan 23 30 l/h. A korszerű készülékekben a szikrát transzformátorral hozzák létre, és a szikra a készülék üzembe lépésekor rögtön a főégőt gyújtja meg, tehát nincs szükség gyújtóláng égőre. Az égés jelenlétét ellenőrző szerkezetek A régebbi készülékekben a gyújtóláng jelenlétének ellenőrzését bimetallos szerkezettel oldották meg. Működése azon alapult, hogy a gyújtóláng melegítette az ikerfém szalagot, amely ennek hatására behajlott és nyitotta a fő gázáram útjában lévő szelepet. Bár a megoldás kétségtelenül olcsó, hosszú holtideje nem volt kiküszöbölhető, ezért a korszerű készülékekben már nem alkalmazzák. A ma használt megoldások termoelektromos, ionizációs és ultraibolya elven működnek. A gyújtóláng meglétét ellenőrző termoelektromos szerkezetek azon alapulnak, hogy két különböző anyagú fémvezeték forrasztási pontját melegítve a vezetékek másik vége között 12
feszültségkülönbség keletkezik, amely elektromágnest működtet. A mágnes a kézzel benyomott szelepet egy rugó ellenében magához vonzza és ezzel a főégő gázútját nyitva tartja. Ha a gyújtóláng nem ég, a főégő nem kap gázt. A termoelektromos égésbiztosítás elve Az ionizációs elven működő égésbiztosító szerkezetek lényege, hogy az éghető gáz és az oxigén reakciója során a molekulák atomokra, majd pozitív töltésű ionokra és negatív töltésű elektronokra esnek szét. Ha a lángba két elektródát helyezünk, és ezekre feszültséget adunk, akkor az elektródák között, a lángon keresztül áram folyik mindaddig, amíg az égés fennáll. 13
A korszerű, gyújtóláng nélkül üzemelő készülékekben a főláng őrzésére nem a láng vezető-, hanem inkább egyenirányító képességét használják ki: az elektródákra váltakozó feszültséget kapcsolva a láng egyenirányítóként működik. A kapott jeleket felerősítve láng van vagy láng nincs jellé alakítják. A gyakorlatban csak egy elektródát helyeznek a lángba, a másik elektróda az égő fém alkatrésze. Az elektróda anyagának hőmérséklet- és beégésállónak kell lennie. Az elektróda oxidációja, vagy elpiszkolódása esetén a kör ellenállása megnő, a szerkezet nem jelez lángot. A vízáramlás jelenlétét ellenőrző szerkezetek A fali fűtőkészülékekben és gázvízmelegítőkben az égés indulásának feltétele a vízáramlás megléte. Ennek ellenőrzésére szolgálnak a vízáramlást ellenőrző szerkezetek, amelyek az áramlás hatására létrejött nyomáskülönbséggel nyitják a gáz útját a fő gázégő felé. A nyomáskülönbség hatására a membrán megemelkedik és a rugó ellenében a gázszelepet nyitja. A vízáramlás jelenlétét ellenőrző szerkezet (Vaillant) 14
Kombinált szerelvények Főleg egyedi fűtőkészülékekben, gázkonvektorokban található kombinált szelep. A szerelvény tartalmazza a termoelektromos elven működő égésbiztosítót, a hőmérsékletszabályozót, a nyomás-szabályozót és a piezoelektromos gyújtószerkezetet. Segédenergia nélküli kombinált gázszelep egyedi fűtőkészülékekhez 15
Gázégők A gázégőket többféleképen csoportosíthatjuk: a láng fajtája szerint (világító láng, Bunsen-láng, injektoros égők); a láng elrendezése szerint (egyes égők, csoportos égők gyűrűformában, síkban, egyéb felületek mentén elhelyezve); a gáz fajtája szerint, (városi gáz, földgáz, többféle gáz elégetésére alkalmas, illetve minden gáz elégetésére alkalmas égők); a gáz nyomása szerint (kisnyomású: 5 50 mbar nyomású, illetve nagynyomású 0,5 3,0 bar nyomású égők); a szabályozás módja szerint (kézi szabályozású, félautomatikus és automatikus égők); a gáz és a levegő találkozási helye szerint (színgázégők, előkeveréses gázégők, utókeveréses égők); a gáz-levegő keverék előállításának módja szerint (természetes és kényszerlevegős égők). A csoportosítási lehetőségek pontosítása érdekében először meg kell fogalmaznunk a gázégők feladatát, ami leegyszerűsítve a következő: a gáz tüzelőanyag és az égéshez szükséges levegő bejuttatása, a gáz és a levegő összekeverése, a keverék meggyújtása és az égési reakció stabilizálása. A gáz és az égési levegő bejuttatásának módja szerint megkülönböztetünk természetes levegőellátású, atmoszférikus égőket, ahol az égéshez szükséges levegőt a nagy sebességgel beáramló gázsugár szívja be az injektorhatás révén, és mesterséges levegőellátású, kényszerlevegős égőket, ahol a levegőt ventilátorral létrehozott nyomáskülönbség segítségével juttatjuk az égőbe. A gáz és a levegő összekeveredésének helye szerint megkülönböztetünk előkeverés nélkül üzemelő égőket, ahol az égés és az égési levegő bejutásának helye megegyezik (ezek az ún. diffúziós égők), részleges előkeveréssel működő égőket, ahol az égési levegő egy része még az égés helye előtt keveredik a gázzal, a többi része pedig az égés helyén, valamint teljes előkeverésű égőket, amelyeknél az égési levegő még az égés helye előtt teljesen összekeveredik a gázzal. 16
A gáz és a levegő keveredésének helye szerint az égők csoportosítása: Az előkeverés nélküli külső keveréses, ún. színgáz égő, vagy más néven diffúziós égő esetében az égési levegő csak a gáz kilépése után, az égés helyén keveredik a gázhoz. A részleges előkeveréses égők jellegzetes típusa a Bunsen-égő, amelyet inkább csak laboratóriumi célokra használnak. Ide sorolható azonban például a gáztűzhelyek, valamint sok háztartási készülékek égője is. Az égők, illetve a készülékek aszerint is csoportosíthatók, hogy hány gázcsaláddal működtethetők. Eszerint: I. kategória: kizárólag egyetlen gázcsaláddal, és ennek gázcsoportjaival működtethető készülékek. Például: I2H, I2S, I3B/P, I3P, I3B; II. kategória: két gázcsaláddal működtethető készülékek. Például: II2H3B/P, II2H3P; III. kategória: három gázcsaláddal működtethető készülékek. Hazánkban nem használják, az EU egyes tagországaiban előfordul. A jelölésekben a kategóriát mutató római szám után indexben arab számmal a gázcsalád jele (1, 2, 3) és a családon belüli gázcsoport jelölése látható (H, S, B/P stb.). 17
Természetes levegőellátású égők Előkeverés nélküli, diffúziós égők Az előkeverés nélküli, diffúziós vagy más néven ún. színgázégő mindössze egy fúvókából áll, az ebből kiáramló gázhoz a levegő diffúzió útján keveredik, ezért más szempontból ez az égőfajta a természetes levegőellátású, utókeveréses égők családjába tartozik. Ezt az égőt a korábbi, városi gázzal működtetett, egyszerűbb háztartási fűtőkészülékeknél és vízmelegítőknél alkalmazták, ahol a nagyobb teljesítmény miatt már nem egyetlen fúvókát használtak, hanem a gázáramot több részáramra osztották. Így alakultak ki az ún. fésűs égők. A földgázra való átállással megszűnt az égő létjogosultsága, mert földgáz alkalmazása esetén a kis hőterheléseknél leszakad a láng, hiszen a földgáz égési sebessége kisebb, mint a nagy hidrogéntartalmú városi gázé. Természetes levegőellátású, részleges előkeveréses égők Ezt az égőtípust előnyös tulajdonságai miatt egyszerű szerkezet, nem tartalmaz mozgó alkatrészeket, zajszegény működés széles körben alkalmazzák a háztartási gázkészülékekben. Az ilyen égők működésének lényege, hogy az osztócsőből az éghető gáz a fúvókán keresztül nagy sebességgel beáramlik az injektor csőbe, amely Venturi-cső alakú, és ezzel az áramlási törvényszerűségeknek megfelelő mennyiségű égési levegőt szív be. A kb. 35 50% primer levegő összekeveredik a gázzal és ez a keverék áramlik ki az égő nyílásain. 18
Az égés csak a keveredés után jön létre, és a láng diffúzió révén szekunder levegőt von magához. Az égők fúvókacserével és a primer levegő szabályozásával más gázfajtára is átállíthatók. A természetes levegőellátású, részleges előkeveréses égő alkotóelemei a következők: az égőcső az injektor (Venturi-) csővel, valamint a gáz elosztócső a főfúvókával, a szabályozó szerelvények, a gyújtószerkezet, a lángőr és az égővezérlés. Természetes levegőellátású, teljes előkeveréses gázégők A környezetvédelmi követelmények szigorodásával, a károsanyag kibocsátás csökkentése érdekében fejlesztették ki a teljes előkeveréses égőket. E fúvókából kiáramló gáz a hosszú keverőcsőbe a szükséges égési levegő teljes mennyiségét beszívja, és ott a gáz a levegővel teljes mértékben összekeveredik. Az égőfelületen szekunder levegő hozzákeverésére már nincs szükség, az égés nagyon rövid lánggal, vagy láng kialakulása nélkül megy végbe. 19
Mesterséges levegőellátású égők Előkeverés nélküli, diffúziós égők Ezeknél az égőknél az éghető gáz a fúvókából kilépve keveredik a ventilátorral oda szállított égési levegővel. A jobb keveredést torlótárcsa is segíti. A ventilátoros gázégők felépítése és fúvóka kialakítási lehetőségei: a) felépítés; b) párhuzamos áramlású égőfej; c) keresztáramlású középcsöves égőfej; d) keresztáramlású lándzsaégőfej 20
Mesterséges levegőellátású, részleges előkeveréses égők A mesterséges levegőellátású, részleges előkeveréses égőknél az égési levegő egy részét már a gáz kilépése előtt hozzákeverik a gázhoz. Az intenzív keveredés miatt, és a visszagyulladás elkerülése érdekében a keverőtérben nagy sebességű áramlásra van szükség. Bár az előkeverés előnye a stabil láng, a szabályozási feltételek rosszabbak, ezért a diffúziós égők mellett ezek a kialakítások háttérbe szorultak. Mesterséges levegőellátású, teljes előkeveréses égők A természetes levegőellátású égőknél már említett környezetvédelmi szempontok miatt a mesterséges levegőellátású égők esetében is kifejlesztették a teljes előkeveréses szerkezeteket. Ezek az égők nagy szerepet kapnak a kondenzációs kazánok kialakításánál, amelyek értelemszerű igénye a kis légellátási tényező, az ezzel együtt járó kis CO 2 tartalom az égéstermékben és a minél nagyobb harmatponti hőmérséklet. Kis légellátási tényező esetén a nagyobb fűtővíz hőmérsékleteknél is elérhető a megfelelő kondenzációs mérték, igen kismértékű CO és NO x emissziós érték mellett. Egy példa: 21
A fejlesztés további iránya és eredménye a kétlépcsős, vagy az ún. modulációs égők kialakítása. Ezekkel a kapcsolási gyakoriság csökkenthető, és a kazán pillanatnyi teljesítménye jobban illeszthető változó hőigényekhez. Ezeknél a megoldásoknál az éghető gáz és az égési levegő biztos adagolása, illetve állandó aránya rendkívül fontos. 22