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Die
Erfindung betrifft einen Gasbrenner für Heizgeräte, insbesondere Wassererhitzer,
mit einem zwischen der Gasseite und der Brennerseite angeordneten
Brennelement, das aus mehreren Brennkörpern zusammengesetzt ist,
wobei die Brennkörper
auf Kühlrohre
eines Kühlsystems
aufgeschoben sind, und wobei die Brennkörper Öffnungen formen, die einen
Durchtritt für
das Brenngas oder das Brenngas-Luft-Gemisch bilden, das auf der
Brennseite entzündbar
ist. Ein derartiger Gasbrenner ist aus der
EP 0 473 826 A1 als bekannt
ausgewiesen. Bei diesem Gasbrenner verlaufen die Kühlrohre
des Kühlsystems
horizontal und zueinander parallel. Auf die Kühlrohre sind vertikal ausgerichete
Bleche aufgeschoben. Diese sind zueinander parallel ausgerichtet. Seitlich
sind die so gebildeten Brennkörper
mit U-Profilen eingefasst, so dass die zwischen den Blechen ausgebildeten
Zuströmkanäle lediglich
zur Gasseite und zur Brennseite hin geöffnet sind. Zur Herstellung
größerer Brennelemente
sind mehrere Brennkörper
zusammengefasst.
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Bei
solchen Gasbrennern ist ein großer
Material- und Montageaufwand notwendig, da eine Vielzahl von Blechen
notwendig ist, die einzeln auf die Kühlrohre aufgebracht werden
müssen.
Bei diesen Brennern muss auch eine vorgegebene Gas-Strömungsgeschwindigkeit
möglichst
genau eingehalten werden. Wird diese überschritten, so besteht die
Gefahr, dass die Flamme von den Öffnungen,
an denen sie sich entzündet,
abhebt. Dies führt
dann zu einem weniger effektiven, instabilen Brennprozess.
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Aus
der
AT 399 566 B ist
eine Brennerleiste bekannt, die im Wesentlichen von einem U-förmig gebogenen
Blech gebildet ist. Dabei begrenzen zwei parallele Schenkel des
Bleches einen Zuströmbereich.
Die Schenkel sind mittels eines Verbindungssteges miteinander verbunden.
In diesen Verbindungssteg sind eine Vielzahl von Öffnungen
eingebracht, durch die das Brenngas-Luft-Gemisch der Brennseite
zuströmt.
Weiterhin bildet der Verbindungsteg eine senkrecht zur Querschnittsfläche verlaufende
muldenförmige
Vertiefung, in die ein Kühlrohr
eingelegt ist.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Gasbrenner der im Oberbegriff des
Anspruches 1 erwähnten
Art zu schaffen, der einen stabilen Brennprozess bei gleichzeitig
einfachem Brenneraufbau aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Demgemäß wird vorgeschlagen,
dass die Brennkörper
eine aus flächigem
Material gebildete Abbrennfläche
aufweisen, in die die Öffnungen
eingebracht sind, wobei die Abbrennflächen einen Teil der Kühlrohre über- und/oder
unterspannen, wobei die Abbrennflächen Aufnahmen aufweisen, mit
denen sie an den Kühlrohren festlegbar
sind, wobei zumindest teilweise zwischen den einzelnen Brennkörpern Kühllamellen
angeordnet sind, die die Abbrennfläche überragen, und wobei die Brennkörper abstandslos
oder unter Bildung eines Zuströmkanals
an die Kühllamellen
abgeschlossen sind.
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Bei
diesem modular aufgebauten Gasbrenner sind für die Öffnungen, an denen die Flammen sich
entzünden,
nicht mehr eine Vielzahl von Zuströmkanälen notwendig. Vielmehr versorgt
pro Brennkörper
ein einziger Zuströmkanal
strömungsoptimiert
die Öffnungen.
Abhängig
von der Breite des Brennkörpers
speißt
der Zuströmkanal über mehrere Kühlrohre
hinweg die Öffnungen
der Abbrennfläche. Für die Abbrennfläche kann
ein flächiger
Materialzuschnitt, bespielsweise ein Blech, verwendet werden. Dadurch,
dass die einzelnen Abbrennflächen
Teile der Kühlrohre über- beziehungsweise
unterdecken, wird die Anzahl der notwenigen Brennkörper erheblich
reduziert, so dass sich ein geringer Material- und Montageaufwand
erreichen lässt.
Die Montage der Brennkörper
erfolgt dabei mit den Aufnahmen, die an der Abbrennfläche vorgesehen
sind, so dass keine Zusatzteile verwendet werden müssen. Da
die Kühlrohre
dabei direkt mit der Abbrennfläche
in Verbindung stehen, lässt
sich die Kühlleistung
optimiert bis dicht an die Öffnungen
heranführen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Brenner
haben die aus Öffnungen
austretenden Flammen die Tendenz, sich an die Kühllamellen seitlich anzulegen. Sind
zwischen den Brennkörpern
und den Kühllamellen
ein oder mehrere Zuströmkanäle vorgesehen, dann
tritt auch aus dem Zuströmkanal
eine Flamme aus. Diese haftet an der kalten Kühllamelle an. Dadurch, dass
die Kühllamelle
die Abbrennfläche überragt, überragt
auch die anhaftende Flamme. Damit überzieht die anhaftende Flamme
die Abbrennfläche mit
einem Temperaturgradienten. Dieser verhindert, dass die aus den Öffnungen
austretenden Flammen bei hohen Gasgeschwindigkeiten von der Abbrennfläche abheben.
Damit dienen die Lamellen zum einen der Stabilisierung des Brennprozesses
und zum anderen ermöglichen
sie eine höhere
Leistung des Gasbrenners.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Brennkörper als
offene Hohlprofilabschnitte ausgebildet sind, deren offene Seite zur
Gasseite hin gerichtet ist, dass der von dem Hohlprofilabschnitt
umgebene Hohlraum eine Vorkammer für das zuströmende Brenngas oder Brenngas-Luft-Gemisch
bildet, und dass die den Hohlprofilabschnitt bildene Wandung zumindest
teilweise die Abbrennfläche
bildet. Die Brennkörper
könen als
einfache Teile, beispielsweise als Stand-Biegeteile, hergestellt
werden. In der Vorkammer erfolgt eine Verwirbelung des Brenngases
beziehungsweise des Brenngas-Luft-Gemisches. Infolge dieser Verwirbelung
werden die Öffnungen
gleichmäßig mit
Brenngas versorgt.
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Als
mögliche
Variante eines erfindungsgemäßen Gasbrenners
können
die Brennkörper
zwei zueinander parallele Schenkel aufweisen, die U-förmig über einen
Steg miteinander verbunden sind. Der Steg bildet hierbei die Abbrennfläche. Mit
den beiden Schenkeln läßt sich
der Brennkörper
auf dem Kühlrohr
fixieren. Denkbar ist es jedoch auch, daß die Brennkörper zwei
zueinander im Winkel stehende Schenkel aufweisen, die miteinander
einstückig
verbunden sind, und daß die
Schenkel die Abbrennfläche
mit den Öffnungen
bilden. Bei dieser Ausgestaltungsvariante wird eine große Abbrennfläche bereitgestellt.
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Ist
es hierbei vorgesehen, daß die
V-förmig aneinandergeschlossenen
Schenkel an ihrem freien Ende in Richtung zu der Gasseite weisen,
daß an
die freien Enden jeweils eine zur Brennseite hin gerichtete Kühllamelle
angebunden ist, und daß die
Kühllamellen
benachbarter Brennkörper
unter Bildung eines Zuströmkanales
beabstandet sind, dann läßt sich
durch die einstückige
Verbindung der Kühllamellen
mit dem Brennkörper
der Teileaufwand noch erheblich reduzieren.
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Wenn
vorgesehen ist, daß die
V-förmig
aneinandergeschlossenen Schenkel an ihren freien Enden in Richtung
zu der Brennseite weisen, daß zwischen
den einzelnen Brennkörpern
Kühllamellen
angeordnet sind, und daß die Öffnungen
im Bereich zwischen den Kühllamellen
und den Schenkeln angeordnet sind, dann werden die aus den Öffnungen austretenden
Flammen direkt an die Kühllamellen geleitet.
Sie haften dort aufgrund der Kühlwirkung
der Kühllamelle
an und können
auch bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten des Brenngases nicht abheben.
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Eine
konstruktiv sehr einfache Ausgestaltung eines Gasbrenners ist nach
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkörper aus
einem Schenkel und einer daran im Winkel angeschlossenen Kühllamelle
gebildet sind, und daß jeweils
die Kühllamellen
benachbarter Brennkörper
abstandslos oder im Abstand unter Bildung eines Zuströmkanales
aneinanderliegen. Bei dieser Ausführung ist zur Schaffung der
einzelnen Brennkörper
nur ein Teil notwendig.
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Bei
der Verwendung der, im Querschnitt U-förmigen Brennkörper kann
es auch vorgesehen sein, daß in
den Steg, der die beiden Schenkel verbindet, Reihen von Öffnungen
eingebracht sind. Diese sind bevorzugt in gleicher Teilung zueinander
beabstandet. Zwischen den einzelnen Reihen von Öffnungen oder zwischen Gruppen
von Reihen von Öffnungen
sind in den Brennkörper
Kühllamellen
eingestellt. Diese haben wieder die Aufgabe, ein Abheben der Flammen
zu verhindern. Die Kühlkörper können ebenfalls
mit Aufnahmen versehen und auf den Kühlrohren befestigt werden.
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Zu
Stabilisierung der Flammen können
den Öffnungen
in der Abbrennfläche
weitere Zusatz-Öffnungen
zugeordnet sein, an denen sich Stützflammen für die an der Öffnung entstandene
Flamme entzünden.
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Denkbar
ist es auch, daß die
die Abbrennfläche
bildende Wandung im Querschnitt die Form einer Teil-Kugel oder eines
Teil-Elipsoides hat.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 In
schematischer Schnittdarstellung zwei Brennkörper mit rechteckigem Querschnitt,
die auf einem Kühlrohr
montiert sind,
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2 die
Darstellung gemäß 1 wobei Kühllamellen
zwischen den einzelnen Brennerelementen vorgesehen sind,
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3 Brennerelemente
mit in Seitenansicht dreiecksförmigem
Querschnitt,
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4 die
Darstellung gemäß 3 mit
Kühllamellen,
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5 ein
Brennerelement mit gewölbtem Querschnitt,
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6 bis 10 mehrere
Alternativmöglichkeiten
für Brennerelemente
mit in Seitenansicht dreiecksförmiger
Querschnittsgestaltung und
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11 und 12 zwei
Varianten von Brennerelementen mit im Querschnitt rechteckförmiger Geometrie.
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In
der 1 ist ein Kühlrohr 10 eines
Kühlsystemes
dargestellt. Auf dem Kühlrohr 10 sind
exemplarisch zwei Brennkörper 11 eines
Brennelementes aufgesetzt. Hierzu weisen die Brennkörper 11 Aufnahmen 12.1 auf,
mit denen sie auf das Kühlrohr 10 aufgesetzt
sind. Die Brennkörper 11 haben
zwei zueinander parallel beabstandete Schenkel, die mit einer Abbrennfläche 12 verbunden
sind. Die Abbrennfläche 12 ist
parallel zu dem Kühlrohr 10 ausgerichtet.
In die Abbrennfläche 12 sind
mehrere Öffnungen 14 eingebracht.
Die Öffnungen 14 schaffen
eine Verbindung von der Brennseite zur Gasseite. Der Gasseite zugeordnet
ist in diesem Sinne der von dem Brennkörper 11 umgebene Hohlraum.
Dieser Hohlraum bildet eine Vorkammer 13. Die Vorkammer 13 kann über eine
Zuströmöffnung 15 mit
einem Brenngas oder einem Brenngas-Luft-Gemisch gefüllt werden. An den Öffnungen 14 entzünden sich
dabei Flammen überhalb
der Abbrennfläche 12 auf
der Brennseite.
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Die
Brennkörper 11 können sich über mehrere
parallel nebeneinanderliegende Kühlrohre 10 des Kühlsystemes
erstrecken. Hierbei ist eine entsprechende Anzahl von Aufnahmen 12.1 in
den Schenkeln der Brennkörper 11 vorgesehen.
Bevorzugt sind die Aufnahmen 12.1 als dem Querschnitt des
Kühlrohres 10 entsprechende
Ausbrüche
ausgestaltet. Da die Kühlleistung
aus dem Kühlrohr 10 direkt
in die Abbrennfläche 12 eingeleitet
wird, ist eine gute Kühlung
im Bereich der Öffnungen 14 möglich. Durch diesen
Effekt wird ein stabiles Flammbild ermöglicht. Zusätzlich sind die Brennkörper 11 auf
Abstand zueinander gesetzt. Damit ergibt sich ein Zuströmkanal 16 zwischen
den einzelnen Brennkörpern 11.
Durch diesen Zuströmkanal 16 kann
das Brenngas bzw. das Brenngas-Luft-Gemisch zur Brennseite gelangen und
sich hier entzünden.
Es bildet sich eine Stützflamme,
die ein Abheben der sich an den Öffnungen 14 bildenden
Flammen verhindert.
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In
der 2 ist eine Weiterbildung der in 1 dargestellten
Ausführungsvariante
näher gezeigt.
Hierbei sind zwischen den einzelnen Brennköpern 11 Kühllamellen 17 auf
das Kühlrohr 10 aufgeschoben.
Dementsprechend haben auch die Kühllamellen 17 Aufnahmen
zur Befestigung an dem Kühlrohr 10.
Die Kühllamellen 17 überragen
die Abbrennfläche 12 auf
der Brennseite. Der Zuströmkanal 16 wird
in zwei Teilkanäle 16.1; 16.2 unterteilt.
Die Teilkanäle 16.1, 16.2 sind
hierbei jeweils zwischen den Schenkeln des Brennkörpers 11 und
der Kühllamelle 17 geschaffen.
Auf der Brennseite bildet sich beidseitig der Kühllamelle 17 jeweils
eine Stützflamme.
Diese haftet an der temperierten Kühllamelle an. Da nun beidseitig
der einzelnen Brennkörper 11 Stützflammen
geschaffen sind, bildet sich auf der Brennseite oberhalb der Abbrennfläche 12 ein
Temperaturgradient, der die Abbrennfläche 12 überzieht.
Dieser verhindert, daß die
sich an den Öffnungen 14 bildenden Flammen
zum Abheben neigen. Denkbar ist es jedoch auch, daß der Zuströmkanal 16,
bzw. die beiden Teilkanäle 16.1; 16.2 geschlossen
sind. In diesem Fall überragt lediglich
die Kühllamelle 17 die
Abbrennfläche 12.
Da die Kühllamelle
nun auf einem niederen Temperaturniveau gehalten ist, werden die Flammen
an den Öffnungen 14 sich
in Richtung zu den Kühllamellen 17 orientieren.
Auch durch diese einfache Maßnahme
wird ein Abheben der Flammen verhindert.
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Die 3 zeigt
einen Brennkörper 11 mit
einer im Querschnitt dreiecksförmigen
Abbrennfläche 12.
Zur Bildung der Abbrennfläche 12 sind
zwei Schenkel verwendet, die winklig miteinander verbunden sind.
An den freien Enden der Schenkel sind wiederum Aufnahmen 12.1 vorgesehen,
mit denen sich die Brennkörper 11 auf
das Kühlrohr 10 aufsetzen lassen.
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Die 4 zeigt,
das sich auch zwischen den einzelnen dreiecksförmigen Brennkörpern 11 Kühllamellen 17 auf
das Kühlrohr 10 aufsetzen
lassen.
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Denkbar
ist es auch, daß der
Brennkörper 11 eine
gewölbte,
beispielsweise halbkreisförmige
oder eliptische Querschnittsgeometrie aufweist, wie dies in 5 symbolisiert
ist.
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Anhand
der 6 bis 10 werden im folgenden denkbare
Ausgestaltungsvarianten für Brennkörper mit
im Querschnitt dreiecksförmiger
Geometrie des Brennkörpers 11 beschrieben.
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Wie
sich der 6 entnehmen läßt, sind
die Kühllamellen 17 einstückig an
die Brennkörper 11 angeformt.
Im Bereich der Verbindungsstelle der beiden winklig zueinander stehenden
Schenkel des Brennkörpers 11 ist
eine Reihe von in gleicher Teilung voneinander beabstandeter Öffnungen 14 angeordnet. Die
einzelnen Brennkörper 11 können abstandslos aneinandergeschoben
werden. Denkbar ist es jedoch auch, daß unter Beibehaltung des Zuströmkanales 16 ein
Abstand zwischen den einzelnen Brennkörpern 11 geschaffen
ist. Am Ende des Zuströmkanales 16 kann
sich wiederum eine Stützflamme
entzünden.
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Die 7 zeigt
einen Brennkörper 11 mit
angeformten Kühllamellen 17,
der im wesentlichen dem Brennkörper 11 der 6 entspricht.
Anstatt der kreisrunden oder eliptischen Öffnung 14 ist vorliegend
eine schlitzförmige Öffnung 11 in
die Abbrennfläche 12 eingebracht.
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Als
Erweiterung des Brennkörpers 11 gemäß 6 ist
auch der Brennkörper 11 gemäß 8 anzusehen.
Die Öffnungen 14 sind
hierbei zueinander beabstandet. Um die einzelnen Öffnungen 14 sind
jeweils mehrere Zusatzöffnungen 14a angeordnet.
An diesen Zusatzöffnungen 14a,
die einen geringeren Querschnitt als die Öffnungen 14 aufweisen
entzünden
sich kleinere Stützflammen,
die ein Abheben der Flamme an der Öffnung 14 verhindern.
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Bei
dem in 9 dargestellten Brennkörper 11 unterspannt
die Abbrennfläche 12 das
Kühlrohr 10.
Die Öffnungen 14 werden
zwischen der Abbrennfläche 12 und
der Kühllamelle 17 geschaffen.
Hierzu ist die Abbrennfläche 12 seitlich
mit Einprägungen versehen.
Dieser Brennkörper 11 hat
den Vorteil, daß die
sich entzündenden
Flammen direkt an der Kühllamelle 17 geführt sind.
Sie können
daher auch bei einer starken Leistungserhöhung des Brenners nicht von
der Öffnung 14 abheben.
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Bei
der in 10 gezeigten Variante sind die Brennkörper aus
Teilelementen zusammengesetzt. Die Teilelemente bestehen jeweils
aus einer Kühllamelle,
von der winklig ein Schenkel abgekantet ist. Die Anbindungsstelle
Kühllamelle 17 – Schenkel
ragt in Richtung zu der Gasseite. An dem freien Ende des Schenkels
sind wiederum Ausprägungen
vorgesehen, die die Öffnungen 14 definieren.
An dem schräggestellten
Schenkel wird ein Schenkel eines weiteren Teilelementes angestellt.
Auch das weitere Teilelement weist an seinem Schenkel Ausprägungen für die Öffnungen 14 auf.
Die beiden Schenkel umschließen
wieder eine Vorkammer 13, die im Querschnitt dreiecksförmig ausgebildet
ist. Die einzelnen Teilelemente können fertigungstechnisch optimiert
als gleiche Bauteile ausgebildet sein.
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Die 11 und 12 zeigen
Brennkörper 11 mit
quadratischem Querschnitt.
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Bei
dem in 11 dargestellten Brennkörper 11 unterzieht
die Abbrennfläche 12 das
Kühlrohr 10. Seitlich
schließen
sich an die Abbrennfläche 12 zwei, zueinander
parallele Schenkel an, die in die Kühllamellen 17 übergehen.
In die Abbrennfläche
sind Reihen von Öffnungen 14 eingebracht,
die zueinander in gleicher Teilung beabstandet sind. Zwischen den
beiden äußeren Kühllamellen 17 sind
Zusatz-Kühllamellen 17a, 17b auf
die Abbrennfläche 12 gestellt.
Die Zusatz-Kühllamellen 17a, 17b trennen
hierbei die einzelnen Reihen von Öffnungen 14 gegeneinander ab.
Das Brenngas, bzw. das Brenngas-Luft-Gemisch strömt der Abbrennfläche 12 von
ihrer Unterseite her zu, wie dies durch den, die Zuströmrichtung 15 symbolisierten
Pfeil dargestellt ist. An der Oberseite der Abbrennfläche 12 entzünden sich
die Flammen an den Öffnungen 14.
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Bei
dem in 12 dargestelltenn Brennkörper 11 ist
wiederum eine horizontale Abbrennfläche 12 dargestellt,
die diesmal jedoch lediglich eine Reihe von Öffnungen 14 aufweist.
Sie ist dementsprechend schmal ausgebildet. Seitlich schließen sich
an die Abbrennfläche 12 Kühllamellen 17 an.
Wie sich aus der Darstellung erkennen läßt, sind zur Bildung eines
Brennelementes mehrere, baugleiche Brennkörper 11 gegeneinander
geschoben. Dieses modulare Bausystem kann, abhängig von der gewünschten
Brennerleistung beliebig weitergeführt werden.
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Das
modulare Bausystem ist auch bei allen anderen gezeigten Brennkörpertypen
möglich.
Bevorzugt werden die einzelnen Brennkörper 11 aus einem
Stahlblech-Zuschnitt als Stanz-Biegeteil gefertigt.