DE19641040A1

DE19641040A1 - Atmosphärischer Gasbrenner

Info

Publication number: DE19641040A1
Application number: DE19641040A
Authority: DE
Inventors: Juergen Stoschek; Marcus Dr Bienzle; Michael Dr Jantzer; Beate Maucher; Thomas-Eckart Frieling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-04-23
Also published as: EP0865590B1; JP2000502436A; WO1998015781A1; DE59707327D1; EP0865590A1; KR19990071702A; ES2178002T3

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem atmosphärischen Gasbrenner für Heizgeräte, insbesondere Wassererhitzer, nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind nach diesem Prinzip arbeitende Gasbrenner bekannt (FR-PS 2 199 853), deren Brennerplatte aus Rippen aufgebaut ist, wobei zur Reduzierung der Brennerplattentemperatur und Flammentemperatur die Rippen von einem von Kühlmittel durchflossenen Rohrsystem durchsetzt sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Herstellung eines kompakten atmosphärischen Gasbrenners mit geringer Bauhöhe möglich ist, der gleichzeitig durch Flammenkühlung und vollständige überstöchiometrische Vormischung (Luftzahl λ < 1) des Brenngases mit der Verbrennungsluft niedrige Schadstoffemissionen, insbesondere niedrige NOx und CO-Werte, aufweist. In dem Umlenkbereich des Gasbrenners findet durch die Verwirbelung des Brenngas-Luft-Gemisches eine zusätzliche Durchmischung statt, so daß die Strömungskanäle in der Injektoranordnung entsprechend kürzer gewählt werden können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung nach dem Hauptanspruch möglich.

Durch die im wesentlichen horizontale Anordnung der Injektoren kann die Bauhöhe eines mit diesem Brenner versehenen Heizgerätes insgesamt niedrig gehalten werden.

Wegen des strömungstechnisch einfachen Aufbau der Injektoren ist eine druckgußtechnische Herstellung ohne Nachbearbeitung möglich. Durch die in der Injektoranordnung eingebrachten geradlinig verlaufenden Strömungskanäle mit konstantem Querschnitt werden die Strömungswiderstände minimiert.

Durch die kurzen mit einem großen Durchmesser versehenen Strömungskanäle besteht eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Toleranzen zwischen der Positionierung Düse-Strömungskanal, was wiederum die Montagekosten senkt.

Eine vorteilhafte Alternative zu zylinderförmig ausgebildeten Strömungskanälen besteht in der Ausbildung von langlochförmigen Strömungskanälen, denen im Einlaßbereich mehrere Düsen zugeordnet sind. Im Extremfall besteht die Injektoranordnung nur aus einem langlochförmig ausgebildeten Strömungskanal, dem im Einlaßbereich sämtliche Düsen für die Gaszufuhr zugeordnet sind. Damit werden Strömungswiderstände, Empfindlichkeiten gegenüber Positionierungstoleranzen und die Fertigungskosten weiter reduziert.

Für eine kostengünstige Herstellung des Brenners ist es besonders vorteilhaft, wenn Injektoranordnung, Umlenkbereich und Gemischverteiler einteilig hergestellt werden können.

Aufgrund der die Oberfläche vergrößernden, mit einem Kühlrohrsystem verbundenen Rippen sind die Temperaturen an der Brennerplatte auf Werte begrenzt, die den Einsatz einer elastischen Dichtung zwischen Gemischverteiler und Brennerplatte ermöglichen.

Eine gute Wärmeableitung wird erreicht, wenn das Kühlmittel führende Rohr aus Kupfer besteht, während die Rippen der Brennerplatte aufgrund der höheren Wärmebelastung vorzugsweise aus Edelstahl gebildet sind.

Bei der aus Rippen aufgebauten Brennerplatte hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die brennraumseitigen Ränder von bestimmten Rippen gegenüber den brennraumseitigen Rändern der anderen Rippen zurückversetzt sind. Dadurch wird eine besonders ausgeprägte Strukturierung der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte erreicht, bei welcher die Flammenwurzeln über größere Seitenbereiche an benachbarten Blechrippen anliegen und daher besonders gut gekühlt werden.

Die ausgeprägte Strukturierung der Brennerplatte kann dadurch erreicht werden, daß jeweils zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen eine oder mehrere zurückversetzte beziehungsweise gekürzte Rippe vorgesehen ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der folgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Gasbrenners, Fig. 2 einen Schnitt des Gasbrenners nach der Linie A-A in Fig. 1, Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Brennerplatte, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Brennerplatte und die Fig. 5 und 6 zwei weitere Ausführungsformen von Injektoren.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Gasbrenner 10, mit einer eine Düse 12 aufweisenden Gaszufuhreinrichtung 14, die gegenüber einer horizontal ausgerichteten Injektoranordnung 16 des Gasbrenners 10 in Strömungsrichtung so beabstandet ist, daß den Düsen 12 jeweils mit Abstand ein zylinderförmiger Strömungskanal 18 gegenüberliegt, wobei die Düsen 12 auf Höhe der Mittelachsen der Strömungskanäle 18 angeordnet sind. Die Mittelachsen der Strömungskanäle 18 verlaufen im wesentlichen geradlinig, wobei der Strömungsquerschnitt bis auf eine als Einlauf gestaltete Erweiterung 20 im Einlaßbereich im wesentlichen konstant ist. Das Verhältnis Länge zu Durchmesser der im Injektor 16 angeordneten Strömungskanäle 18 beträgt < 4 : 1, abweichend von bekannten Injektoranordnungen für Gasbrenner, bei denen der Faktor 10 bis 12 beträgt. Ein sich in Strömungsrichtung des Brenngas- Luft-Gemisches an die Injektoranordnung 16 anschließender 90°-Umlenkbereich 22 geht in einen nach einer Seite trichterförmig erweiterten Gemischverteiler 24 über, an dessen Auslaß eine gegenüber dem Gemischverteiler 24 abgedichtete Brennerplatte 26 angeordnet ist.

Die mit Befestigungsmitteln 28 gegenüber dem Gemischverteiler 24 fixierte Brennerplatte 26 ist mit unterschiedlich langen Lamellen bzw. Rippen 30, 31 (Fig. 3) aufgebaut, welche durch eine Kühlrohrschlange 32 miteinander verbunden sind und zwischen sich Kanäle bzw. Spalte 34 für den Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemisches begrenzen, das auf der dem Brennraum zugewandten Seite der Brennerplatte 26 entzündbar ist. Die aus Edelstahl bestehenden Rippen 30, 31 stehen in gut wärmeleitendem Kontakt mit der aus Kupfer bestehenden Kühlrohrschlange 32 und sind durch diese zu einer starren Baueinheit verbunden. Die Breite a der Spalte 34 ist kleiner als der sogenannte Löschabstand bemessen, so daß Flammen nicht in die Brennerplatte 26 bzw. in die davor liegende Gemischverteilerzone zurückschlagen können.

Wie Fig. 3 zeigt, ist die Brennerplatte 26 so gestaltet, daß zwei kürzere Rippen 31 jeweils zwischen zwei längeren Rippen 30 stehen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die brennraumseitigen Ränder 36 der kürzeren Rippen 31 gegenüber den Rändern 38 der längeren Rippen 30 zurückgesetzt sind. Dadurch ergibt sich an der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte 26 eine stark gestufte Oberflächenstrukturierung mit breiten Zwischenräumen 40, die seitlich durch Wandbereiche 42 der längeren Rippen 30 begrenzt sind. Die Brennerplatte 26 wird seitlich durch in den Brennraum ragende Endlamellen 44, 46 abgeschlossen, die ein Überschlagen der bei der Verbrennung entstehenden Flamme verhindern. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Brennerplatte 26 und läßt den Verlauf der Kühlrohrschlange erkennen.

Der Gasbrenner 10 arbeitet auf folgende Art und Weise:
über die Gasdüsen 12 wird Brenngas in die Strömungskanäle 18 der Injektoranordnung 16 eingedüst, wobei durch den Brenngasstrom Umgebungsluft mitgerissen wird. Das gesamte Brennersystem (Düsendruck, Injektoren, Umlenkbereich, Brennerplatte etc.) ist so ausgelegt, daß die für eine Verbrennung mit Luftüberschuß (λ < 1) notwendige Verbrennungsluft bereits vollständig mit der Primärluftansaugung zur Verfügung gestellt wird (sogenanntes Vormischbrennerprinzip). Die als Einlauf gestaltete Erweiterung 20 am Einlaß der Strömungskanäle 18 ermöglicht einen reibungsarmen Eintritt der Verbrennungsluft in den Strömungskanal 18. Das sich in den Strömungskanälen 18 bildende Brenngas-Luft-Gemisch trifft auf den Umlenkbereich 22, wo es durch Verwirbelung zu einer weiteren Durchmischung des Brenngases mit der Verbrennungsluft kommt. Durch den sich an den Umlenkbereich 22 anschließenden trichterförmig erweiternden Gemischverteiler 24 findet neben der Verteilung des Gemisches eine Homogenisierung statt; darüberhinaus wird durch die Geschwindigkeitsreduzierung ein hoher Anteil des dynamischen Drucks in für die Verbrennung notwendigen statischen Druck umgewandelt.

Nachdem das Brenngas-Luft-Gemisch die Brennerplatte 26 erreicht hat, reagiert das Gemisch zwischen bzw. an den stromab liegenden Rändern 36, 38 der Rippen 30, 31 unter Flammenbildung, wobei Reaktionswärme aus den Flammenwurzeln über die Rippen 30, 31 an das aufzuheizende Wasser in der Rohrschlange 32 gelangt. Die Flammenwurzeln werden hierbei besonders gut gekühlt, weil sie auch Seitenberührung mit den Wandbereichen 42 der Rippen 30 haben. Die Wärmeleitfähigkeit der Rippen 30, 31 ist durch Bemessung und/oder Werkstoffauswahl so auf die Brennerleistung abgestimmt, daß sich ihre Oberflächentemperatur auf zum Beispiel 400°C einstellt.

Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei weitere Injektoranordnungen, bei denen die zylinderförmigen Strömungskanäle 18 durch langlochförmige Strömungskanäle ersetzt sind, wobei die Injektoranordnung nach Fig. 6 nur einen langlochförmigen Strömungskanal 58 aufweist. Im letztgenannten Fall sind dann alle Düsen 12 dem Strömungskanal 58 zugeordnet.

Eine besonders kostengünstige Herstellung des Brenners wird erreicht, wenn Injektoranordnung (16), Umlenkbereich (22) und Gemischverteiler (24) aus einem Druckgußteil gefertigt werden.

Claims

1. Atmosphärischer Gasbrenner für Heizgeräte, insbesondere Wassererhitzer, mit

a) einer mehrere Düsen (12) aufweisenden Gaszufuhreinrichtung (14),
b) einer Injektoranordnung (16) mit mindestens einem Strömungskanal (18) für das Brenngas-Luft-Gemisch,
c) einem sich in Strömungsrichtung an die Injektoranordnung (16) anschließenden Umlenkbereich (22), der in einen sich erweiternden Gemischverteiler (24) übergeht, und mit
d) einer am Auslaß des Gemischverteilers (24) angeordneten Brennerplatte (26), die mit Rippen (30, 31) aufgebaut ist, welche durch ein Kühlrohrsystem (32) miteinander verbunden sind und zwischen sich Kanäle bzw. Spalte (34) für den Durchtritt des Brenngas-Luft-Gemisches begrenzen, das auf einer dem Brennraum zugewandten Seite der Brennerplatte (26) entzündbar ist.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoranordnung (16) im wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.

3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Injektoranordnung (16) ausgebildete Strömungskanal (18) einen im wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt aufweist, wobei die Mittelachse des Strömungskanals (18) im wesentlichen geradlinig verläuft.

4. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Länge zu Höhe des Strömungskanals (18) < 4 : 1 beträgt.

5. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoranordnung (16) mehrere zylinderförmig ausgebildete Strömungskanäle (18) aufweist, denen im Einlaßbereich jeweils eine Düse (12) für die Gaszufuhr zugeordnet ist, wobei das Verhältnis Durchmesser - Strömungskanal (18) zu Außendurchmesser - Düse (12) mindestens 2 : 1 beträgt.

6. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoranordnung (16) mehrere langlochförmig ausgebildete Strömungskanäle (18) aufweist, wobei einem Strömungskanal (18) im Einlaßbereich mehrere Düsen (12) zugeordnet sind.

7. Gasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Injektoranordnung (16) nur einen langlochförmig ausgebildeten Strömungskanal (18) aufweist, dem im Einlaßbereich sämtliche Düsen (12) für die Gaszufuhr zugeordnet sind.

8. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Injektoranordnung (16), Umlenkbereich (22) und Gemischverteiler (24) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.

9. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerplatte (26) gegenüber dem Gemischverteiler (24) durch eine elastische Dichtung abgedichtet ist.

10. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (30, 31) der Brennerplatte (26) aus Edelstahl bestehen, während das Kühlmittel führende Rohr (32) aus Kupfer besteht.

11. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitigen Ränder (36) von bestimmten Blechrippen (31) gegenüber den brennraumseitigen Rändern (38) der anderen Blechrippen (30) zurückversetzt sind.

12. Gasbrenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen (30) zwei kürzere Blechrippen (31) nebeneinanderliegend angeordnet sind.