CH671089A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Durchlauf- oder Speicherwasserheizer gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Solche Wasserheizer sind einerseits bekanntgeworden zur

Speisung einer Zentralheizung, also als sogenannte Umlaufwasserheizer, oder zur Erhitzung von sanitärem Brauchwasser im reinen Durchlaufverfahren. Die Geräte werden meist als kaminlose Geräte aufgebaut, das heisst, sie beziehen die zur Verbrennung notwendige Luft über eine Frischluftleitung und führen die Abgase nach Passieren des Wärmetauschers über eine innen in der Frischluftleitung liegende Abgasleitung wieder nach aussen ab, wobei der Ventilator in der Abgasleitung liegt.

Bei diesen an und für sich sehr befriedigenden Geräten mit hoher Energieausnützung tritt in neuerer Zeit die Schwierigkeit auf, dass sie nicht mehr allen Ansprüchen bezüglich NOx-Armut der Abgase genügen.

Bei Öl- oder Gas-Gebläsebrennern ist es bekanntgeworden, den NOx-Anteil der Abgase durch eine Abgasrückführung zu senken. Das Prinzip beruht darauf, dass durch die Abgasrückführung die Temperatur der Verbrennung gesenkt wird, so dass es nicht mehr zu einer so starken Ausbildung des NOx-Anteils kommt. Die Abgasrückführung findet dort ihre Grenze, wo es zu einer unvollständigen Verbrennung kommt, das heisst, gegenläufig zur NOx-Minimierung ist ein Anstieg der CO-Bildung zu erwarten.

Diese Verhältnisse sind nun nicht ohne weiteres auf Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit atmosphärischen Gasbrennern zu übertragen, da hier infolge Fehlens des Gebläsebrenners nicht der Impuls zur Verfügung steht, um die Abgase rezirkulieren zu lassen.

Die Erfindung besteht nun darin, dass erkannt wurde, dass bei ventilatorunterstützten Wasserheizern diese Möglichkeit doch eröffnet werden könnte, so dass die Aufgabe der Erfindung darin liegt, eine NOx-Reduzierung im Abgasstrom bei Durchlauf- oder Speicherwasserheizern mit atmosphärischen Brennern, die aber ventilatorunterstützt sind, zu erzielen. Für die Lösung der Erfindung sind drei Alternativen möglich, die aus den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Ansprüche ersichtlich sind. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die auch aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren eins bis sechs der Zeichnung näher ersichtlich werden. Es zeigen:

Figur eins einen Durchlaufwasserheizer zur Speisung einer oder mehrerer Brauchwasserzapfstellen,

Figur zwei einen Umlaufwasserheizer zur Speisung einer Zentralheizung und

Figur drei einen Speicherwasserheizer zur Versorgung eines oder mehrerer Badezimmer.

Figur vier eine Brennerkammer eines Reihenbrenners in perspektivischer Ansicht,

Figur fünf eine Brennerkammer in Ansicht von oben und

Figur sechs eine Variante der Erfindung.

In allen sechs Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Der Durchlaufwasserheizer 1 gemäss Figur eins weist ein äusseres Gehäuse 2 auf, das in einem Abstand 3 ein Gehäuse einer Brennerkammer 4 umschliesst. Die Brennkammer weist an ihrem unteren Einlassende 5 einen atmosphärischen Gasbrenner 6 auf, der einen Sammelraum und einen Injektor 8 aufweist, in dessen Anfang 9 eine Gasdüse 10 Gas einbläst, das ihr über eine mit einem Ventil versehene Gaszuleitung 11 zugeführt wird. Die Brennkammer ist an ihrem oberen Ende 12 durch einen Wärmetauscher 13 abgeschlossen, dem aufzuheizendes Wasser über eine Frischwasserzulaufleitung zugeführt wird und dem das erwärmte Wasser über eine Zapfleitung 15 abgeführt wird.

Oberhalb des Wärmetauschers 13 ist ein Abgassammel-raum 16 vorgesehen, an den eine Abgasabfuhrleitung 17

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angeschlossen ist, an deren Anfang ein Abgasgebläse 18 angeordnet ist. Die Abgasleitung 17 kann entweder durch eine Wand des Aufstellraums in die Atmosphäre geführt sein oder an einen Kamin angeschlossen sein.

Die Abgasabfuhrleitung 17 ist in einem Abstand 19 umgeben von einer Frischluft-Zufuhrleitung 20, die entweder von der Atmosphäre kommt oder an einen Zuluftzufuhrschacht angeschlossen ist. Die Zuluftzufuhrleitung 20 kann die Abgasabfuhrleitung konzentrisch in zylindrischer Formgestaltung umgeben, muss es aber nicht. Die Frischluft-Zufuhrleitung mündet an der Oberseite des Gehäuses 2 in diese, so dass bei förderndem Abgasventilator 18 Zuluft über die ringförmige Zuluftzuführung 19 von der Atmosphäre angesaugt wird, den gesamten Aussenraum der Brennkammer 4 umspült und am unteren Ende 5 in der Gegend des Brenners in den Innenraum 12 eintritt. Hier ermöglicht die Zuluft die Verbrennung, indem sie als Sekundärluft unterstützend einwirkt. Die Primärluft stammt aus der gleichen Zuluftquelle, tritt jedoch in das untere Ende 9 des Injektors ein, und zwar unter dem Impuls des aus der Düse 10 ausströmenden Brenngases. Diese Luft wird als Primärluft bezeichnet und vermischt sich mit dem Gas im Zuge des Injektors 8 oder der Mischkammer 7.

Erfindungsgemäss ist nun eine Zweigleitung 21 vorgesehen, die an die Abgasabfuhrleitung 17 stromab des Ventilators 18, aber stromauf der Mündungsstelle angeschlossen ist und die unmittelbar in die Zuluftzufuhrleitung 20 geführt ist, indem sie in dem Zwischenraum 19 endet. Bevorzugt ist das Ende als Rohrumlenkung 22 ausgebildet, deren Auslass in Strömungsrichtung der zuströmenden Zuluft gerichtet ist. Im einfachsten Fall kann die Leitung 21 als Loch dargestellt werden, das in den Aussenmantel der Abgasabfuhrleitung 17 eingebracht ist. Die Leitung 21 ist zwischen dem Ventilator und einer Staublende 47 angeschlossen, wobei die Staublende stromab des Ventilators aber stromauf des Auslasses des Abgasrohres 17 in die Atmosphäre angeordnet ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur zwei liegt der Unterschied einmal in der andersartigen Gerätegattung, die Leitung 14 ist hier nämlich die Rücklauf leitung einer Heizungsanlage, während die Leitung 15 die Vorlaufleitung dieser Heizungsanlage ist. In der Rücklaufleitung liegt eine Umwälzpumpe 30. Die Erfindung ist in einer zweiten Alternative so gestaltet, dass die Zweigleitung 21, wiederum ausgehend von einem Loch 31 in der Abgasabfuhrleitung 17, nunmehr in die Mischkammer 7 des Brenners 6 geführt ist und dort in einem mit einer Vielzahl von Löchern 32 versehenen Rohrende endet. Die einzelnen Löcher sollen einer gleich-massigen Verteilung des rezirkulierenden Abgases dienen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das rezirkulierende Abgas dem Primärluftanteil der brennstoffbeheizten Wärmequelle beigemischt, während die Sekundärluft hiervon überhaupt nicht betroffen ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur drei handelt es sich um einen Speicherwasserheizer, der in Abweichung zu den Ausführungsbeispielen nach Figuren eins und zwei einen Wasserspeicher 40 aufweist, dessen Aussenmantel mit dem Brennkammerraum der Figuren eins und zwei vergleichbar ist. Der Speicher wird innen von einem Flammrohr 41 begrenzt, zwischen Flammrohr und Speicheraussenwan-dung bildet sich der Wasserspeicherraum 42, der einen Ringraum darstellt. Der Speicherraum wird an seiner Unterseite durch einen konkav gewölbten Boden 43 begrenzt, der als Ring ausgebildet ist und das Flammrohr mit der Aussenwand ringsum verbindet. Dadurch entsteht die eigentliche Brennkammer 44 erst unterhalb des Bodens 43. In die Brennkammer reicht der atmosphärische Brenner 6, der gleicher-massen einen Injektor 8 aufweist. In den Einlass 9 des Injektors bläst nicht nur die Gasdüse 10 ein, sondern auch der

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Auslass 45 der Zweigleitung 21. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also das rezirkulierende Abgas ausschliesslich der Primärluft beigemischt.

Aus dieser Figur ist noch ersichtlich, dass in die Gaszuleitung 11 ein Gasventil 46 eingefügt ist. Der Ventilator 18 ist an der Oberseite des Speicheraussengehäuses 40 angeordnet, er wirkt, wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur eins beschrieben.

Alle drei Ausführungsbeispiele unterscheiden sich zum einen in der Wahl des Gerätes und zum anderen in der Wahl des Einbringungsortes des zurückzuführenden Abgases. Es muss an dieser Stelle gesagt werden, dass es gleichgültig ist, bei welchem Gerät an welcher Stelle die Abgasrückführung erfolgt. Alle drei Rückführungsstellen haben ihre speziellen Vor- und Nachteile, sie sind nicht an eine bestimmte Geräteausführung gebunden.

Während beim Ausführungsbeispiel nach Figur eins sowohl Primär- als auch Sekundärluft gleichermassen mit rückzuführendem Abgas beaufschlagt werden, wird nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur zwei das Abgas im wesentlichen einen Teil der Sekundärluft aufgegeben, während es nach dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur drei nur der Primärluft beigegeben wird. Der Abgasanteil soll 10% des Abgasmassenstroms betragen.

Es wäre auch möglich, die Abgasrückführung sowohl gemäss Figur 1 vorzunehmen als auch zusätzlich alternativ gemäss den Figuren 2 und 3. Hiermit wird erreicht, dass die gesamte Verbrennungsluft, unabhängig von ihrer späteren Aufteilung als Primär- und Sekundärluft, einen relativ kleinen Anteil von zugemischtem Abgas aufweist, etwa 5%, während der Rest des zuzuführenden Abgases ausschliesslich der Primär- oder Sekundärluft zugeführt wird. Diese Art der Zuführung richtet sich dann nach den Ausführungsverhältnissen des Brennraums und des Brenners.

Wie die Figuren 4 und 5 zeigen, kann man auch das rezirkulierende Abgas ausschliesslich dem Sekundärluftstrom beimischen. So zeigt die Figur vier eine Brennkammer 49 des Brenners 6, die aus der innenliegenden Mischkammer 7 und einer sie aussen im Abstand 49 umgebenden Abdeckung 50 besteht. Die Abdeckung bildet an ihrer Unterseite 51 zusammen mit der Unterseite 52 der Mischkammer einen Zuführungskanal 53, in den die Zweigleitung 21 einmündet. Das hier zugefügte Abgas steigt in den Zwischenräumen 50 und 50' beiderseits der senkrecht stehenden Aussenwan-dungen der Mischkammer 7 hoch und mündet in den obenliegenden Auslässen dieser Zwischenräume. Die Mischkammer weist an ihrer Oberseite Brennschlitze 54 mit relativ grossen Durchlässen und jeweils dazwischen Brennschlitze 55 mit relativ kleinen Auslassöffnungen auf, wobei letztere zur Erzeugung von Halteflämmen dienen. Der Abstand 50 und 50', der sich als senkrechter Schlitz darstellt, ist nun so gestaltet, dass die Wellentäler 56 dort liegen, wo ein Halteflammenschlitz 55 angeordnet ist, während die Wellenberge 57 dort liegen, wo ein grosser Brennschlitz 54 angeordnet ist. Damit wird erreicht, dass in grossen Austrittsstellen 54 relativ viel Abgas beigemischt wird, während den kleinen Austrittsstellen, wo auch nur wenig Gas ausströmt, kleine Abgasmengen beigemischt werden.

Hierbei ist entscheidend, dass der rückgeführte Abgasstrom in den Bereich der Flammenwurzel der einzelnen Hauptbrennerflammen geführt wird. Hierdurch wird eine Art Stufenverbrennung möglich, da die in der primären Verbrennungszone des aus den Brennerschlitzen 54, 55 ausströmenden Gasluftgemisches zusammen mit dem rückgeführten Abgas und einem partiellen Sekundärluftstrom zu einer leicht unterstöchiometrischen Teilverbrennung mit niedrigem Temperaturniveau führt. Der Hauptanteil der

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Sekundärluft kann stromabwärts der Austritte des Abgases die Verbrennungszone ohne Behinderung erreichen und führt zu einem vollständigen Ausbrand der Flamme in eine zweiten Verbrennungsstufe.

Die Ausbildung der Strömungskante in unmittelbarer Nähe der Brennerschlitze ist entweder als vertikaler Spalt (Gerade oder mäanderförmig) ausgebildet oder mit einer leichten Ablenkung in Richtung auf die Brennerschlitze. Wichtig ist eine möglichst homogene Mischung von dem Gasluftgemisch einerseits (Gas und Primärluft) und dem rezirkulierenden Abgas andererseits im Bereich der Flammenwurzel.

Die Abgasbeimischung kann je nach konstruktiver Ausb:

dung des Vormischbrenners einseitig oder beidseitig erfolgen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 handelt es sich um ein eigentlich kaminloses Gerät, das nur mit thermi-s schem Abzug der Abgase arbeitet. Hierbei ist in der Zweigleitung 21 ein relativ kleiner Abgasventilator 18 vorgesehen, der von einem Motor 58 angetrieben wird. Mit diesem relativ kleinen schwachlastigen Abgasventilator gelingt auch hier die Abgasrückführung. Bei diesem Ausführungsbeispiel io braucht keine Staublende 47 in der Abgasleitung vorhanden sein, da der erforderliche Druckunterschied zum rezirkulierenden Abgas durch den Schwachlastventilator selbst aufge-[- bracht wird.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmeaustausch zum Wasser stattfindet und die unter Zwischenschaltung eines Ventilators mit einer Zuluftzufuhr- und Abgasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasabfuhrleitung (17) über eine Zweigleitung (21) unmittelbar mit der Zuluftlei-tung (20) verbunden ist (Figur 1).

2. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei konzentrischer Abgasab-und Zuluftzuführung die Zweigleitung durch eine Ausnehmung (31) in der innenliegenden Abgasab fuhrleitung (17) ausgeführt ist.

3. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmeaustausch zum Wasser stattfindet und die unter Zwischenschaltung eines Ventilators mit einer Zuluftzufuhr- und Abgasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasabfuhrleitung (17) mit einem Injektor (8) des Gasbrenners (6) über eine Zweigleitung (21) verbunden ist (Figur 3).

4. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweigleitung (21) im Spalt zwischen Injektorrohr und Gasdüse (10) mündet.

5. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmeaustausch zum Wasser statt findet und die unter Zwischenschaltung eines Ventilators mit einer Zuluftzufuhr- und Abgasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasabfuhrleitung (17) über eine Zweigleitung (21) mit der Oberseite des Brenners oder seiner Mischkammer verbunden ist (Figur 2).

6. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmeaustausch zum Wasser statt findet und die mit einer Abgasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasabfuhrleitung (17) über eine Zweigleitung (21), in der ein Abgasventilator (18) vorgesehen ist, unmittelbar mit der Zuluftleitung (20) oder mit einem Injektor (8) des Gasbrenners (6) oder mit der Oberseite des Brenners oder seiner Mischkammer verbunden ist (Figur 6).

7. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner als Rostbrenner ausgebildet ist und dass die einzelnen Brennerkammern des Brenners mit einer Abdeckung (49) versehen sind, so dass einerseits oder beiderseits der Brennschlitz-Austrittsöffnungen (54,55) der Mischkammer (7) des Brenners (6) Schlitze (50,50') bestehen, in die die Zweigleitung (21) mündet, und dass durch entsprechende Formgebung der Schlitze das Abgas der Flammenwurzel beigemischt wird.

8. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterschiedlich grossen Brennschlitzöffnungen (54,55) der Brennerkammer die Abdeckung (49) wellenförmig ausgebildet ist und dass die Wellenberge den grossen Brennschlitzöffnungen, die Wellentäler hingegen den kleinen Brennschlitzöffnungen zugeordnet sind.