DE4445460A1

DE4445460A1 - Gasbrenner für Heizgeräte, insbesondere Wassererhitzer

Info

Publication number: DE4445460A1
Application number: DE4445460A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Daniel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-06-27
Also published as: CN1171150A; WO1996019698A1; CZ189897A3; RU2150637C1; EP0796412B1; KR980700540A; JPH10510912A; DE59509357D1; EP0796412A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von Gasbrennern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Gasbrennern dieser Gattung (EP 0 404 260 A1) sind die Kanäle in der Brennerplatte zwischen einzelnen Plattenelementen gebildet, deren brennraumseitige Randkanten allesamt in einer gemeinsamen Austrittsebene liegen. Bei dieser Ausführung berühren die Flammenwurzeln die Brennerplatte nur mit ihren Scheitelbereichen, so daß ein die Flammen kühlender Wärmeabfluß über die Brennerplatte in das wärmeabführende Medium nur in einem begrenzten Umfang möglich ist. Das schränkt auch das Bestreben nach einer möglichst großen Flächenbelastung des Brenners ein, wenn die Flammentemperatur nicht in einen bezüglich der NO_x-Bildung schädlichen Bereich ansteigen soll.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Flammen in ihrem Wurzelbereich über eine definierte, sich über den Scheitelbereich hinaus erstreckende Fläche so gekühlt werden, daß auch höhere Flächenbelastungen des Brenners beziehungsweise der Brennerplatte möglich sind, ohne daß sich unzulässig hohe NO_x-Werte ergeben.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs möglich.

Eine einfache, bei Wärmetauschern in Wassererhitzern bewährte Ausführung ergibt sich, wenn die Brennerplatte aus Blechrippen aufgebaut ist, die durch ein vom wärmeableitenden Medium durchströmtes Kühlrohrsystem miteinander verbunden sind und zwischen sich die Kanäle beziehungsweise Spalte für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches begrenzen.

Bei dieser bewährten Ausführung ist es besonders vorteilhaft, wenn die brennraumseitigen Ränder von bestimmten Blechrippen gegenüber den brennraumseitigen Rändern der anderen Blechrippen 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 zurückversetzte beziehungsweise gekürzte Blechrippe vorgesehen wird. Bei Versuchen hat sich eine Ausführung als besonders vorteilhaft herausgestellt, bei welcher jeweils zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen zwei kürzere Blechrippen nebeneinanderliegend angeordnet sind.

Bei der Ausbildung der Kanäle in der Brennerplatte ist darauf zu achten, daß sie mindestens über einen Längsabschnitt eine Breite beziehungsweise einen Durchmesser haben, die beziehungsweise der kleiner als der sogenannte Löschabstand ist, damit die Flammen nicht zurückschlagen können. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, daß an der Einströmseite der Brennerplatte ein Lochblech beziehungsweise eine Gitterstruktur vorgesehen ist, dessen Öffnungsdurchmesser beziehungsweise deren Maschenweite kleiner als der Rippenabstand ist.

Anstelle einer den Rippenrohrwärmetauschern von Wassererhitzern nachgebildeten Ausführung einer Brennerplatte kann diese auch aus einer mit Zuströmbohrungen versehenen, mit dem wärmeableitenden Rohrsystem verbundenen Grundplatte und einer Vielzahl von auf der Grundplatte befestigten Stiften bestehen, die zwischen sich die Kanäle für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches bilden.

Ferner kann die Brennerplatte aus einer Wabenstruktur und einer damit verbundenen Grundplatte bestehen, die mit dem wärmeableitenden Rohrsystem verbunden und mit in die Kanäle der Wabenstruktur einmündenden Zuströmbohrungen versehen ist. Zur stärkeren Strukturierung der brennraumseitigen Wand der Wabenstruktur wird vorgeschlagen, diese durch verkürzte Einsätze in den Einzelwaben gestuft auszubilden.

Der Bildung von schädlichen NO_x-Emissionen kann weiter entgegengewirkt werden, wenn die Wände der Kanäle für das durchströmende Brennstoff-Luftgemisch mindestens im Bereich ihrer brennraumseitigen Endabschnitte katalytisch beschichtet sind. In diesem Fall ist die Brennerplatte durch entsprechende Bemessung beziehungsweise Werkstoffwahl so auszulegen, daß sich eine Oberflächentemperatur von ca. 600°C ergibt. Der Start eines solchen katalytischen Brenners erfolgt in konventioneller Weise mit an den Rippen- beziehungsweise Wabenenden frei brennenden Flammen. Nach Erwärmung der Brennerplatte auf die Betriebstemperatur der Katalysatorbeschichtung ziehen sich die Flammen in den katalytisch wirksamen Bereich zurück.

Wenn der Gasbrenner als Heizquelle für einen Wassererhitzer bestimmt ist, kann vorteilhaft das mit der Brennerplatte wärmeleitend verbundene Rohrsystem vom aufzuheizenden Wasser durchströmt sein und das Rohrsystem mit der Brennerplatte eine Wärmetauschereinheit des Wassererhitzers bilden. In diesem Fall kann ein von den Verbrennungsgasen des Gasbrenners beaufschlagter Wärmetauscher kleiner als bei einer Ausführung mit ungekühltem Brenner ausgeführt werden.

Zeichnung

Drei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Wassererhitzer mit einem Gasbrenner nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 vergrößert die Brennerplatte des Gasbrenners nach Fig. 1 und die Fig. 3 und 4 je eine Abwandlung der Brennerplatte nach Fig. 2. In den Fig. 5 und 6 sind die Brennerplatten gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Brennerplatte nach Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Wassererhitzer nach Fig. 1 hat in einem Gehäuse 10 einen Gasbrenner 12, dem ein Brennstoff-Luftgemisch unter Gebläsedruck in Richtung des Pfeiles A zugeführt ist. Stromab des Gasbrenners 12 sitzt im Gehäuse 10 ein Abgaswärmetauscher 14, der von einem Rohrsystem 16 durchsetzt ist, welches das zu erhitzende Wasser führt. Das Rohrsystem 16 ist über eine Leitung 18 mit einem zweiten Rohrsystem 20 verbunden, das in den Gasbrenner 12 integriert ist. Stromab des Gasbrenners 12 ist eine Zündeinrichtung 22 zum Inbetriebsetzen der Heizung am Gehäuse 10 befestigt.

Der Gasbrenner 12 hat eine Brennerplatte 24, die aus unterschiedlich langen Blechrippen 26, 28 (Fig. 2) aufgebaut ist. Die Blechrippen 26, 28 stehen in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Rohrsystem 20 und sind durch dieses zu einer starren Baueinheit verbunden. Zwischen den Blechrippen 26, 28 sind Spalte 30 für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches gebildet. Die Breite a der Spalte 30 ist kleiner als der sogenannte Löschabstand bemessen, so daß Flammen nicht in die Brennerplatte 24 beziehungsweise in eine gegebenenfalls davorliegende Mischzone zurückschlagen können.

Die Brennerplatte 24 ist so gestaltet, daß die kürzeren Blechrippen 28 jeweils zwischen zwei längeren Blechrippen 26 stehen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die brennraumseitigen Ränder 32 der kürzeren Blechrippen 28 gegenüber den Rändern 34 der längeren Blechrippen 26 zurückgesetzt sind. Dadurch ergibt sich an der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte 24 eine stark gestufte Oberflächenstrukturierung mit breiten Zwischenräumen 36, die seitlich durch Wandbereiche 38 der längeren Blechrippen 26 begrenzt sind.

Nach dem Zünden des Brenners reagiert das Gemisch zwischen beziehungsweise an den stromab liegenden Rändern 32, 34 der Blechrippen 26, 28 unter Flammenbildung, wobei Reaktionswärme aus den Flammenwurzeln über die Blechrippen 26, 28 an das aufzuheizende Wasser im Rohrsystem 20 gelangt. Die Flammenwurzeln werden hierbei besonders gut gekühlt, weil sie auch Seitenberührung mit den Wandbereichen 38 der Blechrippen 26 haben. Die beider Reaktion an der Brennerplatte 24 entstehenden Verbrennungsgase strömen durch den Abgaswärmetauscher 14, wo sie Wärme an das aufzuheizende Wasser im Rohrsystem 16 abgeben. Die abgewandelte Ausführung nach Fig. 3 ist eine Brennerplatte 40, bei welcher jeweils zwei verkürzte Blechrippen 28 zwischen den längeren Blechrippen 26 angeordnet sind. Dadurch ergeben sich noch breitere Zwischenräume 42, welche die brennraumseitige Wand der Brennerplatte 40 besonders stark strukturieren.

Bei der abgewandelten Ausführung nach Fig. 4 ist eine Brennerplatte 44 aus unterschiedlichen langen Blechrippen 46, 48 aufgebaut, die durch das kühlende Rohrsystem 20 starr miteinander verbunden und deren brennraumseitigen Endabschnitte katalytisch beschichtet sind. Auf der Eingangsseite ist die Brennerplatte 44 mit einer Gitterstruktur 50 versehen, deren Maschenweite kleiner als die Breite der Spalte zwischen den Blechrippen 46, 48 ist. Die Wärmeleitfähigkeit der Blechrippen 46, 48 ist durch Bemessung und/oder Werkstoffwahl so auf die Brennerleistung abgestimmt, daß sich ihre Oberflächentemperatur auf zum Beispiel 600°C einstellt. An den Blechrippen 46, 48 findet eine katalytische Verbrennung statt, bei der im Vergleich zu einer unbeschichteten Ausführung die Bildung von Schadstoffen noch weiter reduziert ist.

Der Start des Brenners erfolgt in konventioneller Weise mit einer an den brennraumseitigen Enden der Blechrippen 46, 48 frei brennenden Flamme. Nach Erwärmung der Blechrippen 46, 48 auf die Betriebstemperatur der Katalysatorbeschichtung zieht sich die Flamme in den katalytisch wirksamen Bereich der Brennerplatte 44 zurück.

In Fig. 5 ist eine Brennerplatte 52 mit ungleichlangen Stiften 54, 56 bestückt, die zwischen sich Kanäle 58 für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches und brennraumseitig breitere Zwischenräume 60 für die umfassende Berührung der Flammenwurzeln bilden. Die Stifte 54, 56 sind an einer Grundplatte 62 befestigt, die mit engen Zuströmbohrungen 64 für das Brennstoff-Luftgemisch versehen ist und gleichzeitig eine wärmeleitende Verbindung zu einem Wasser führenden Rohrsystem 66 herstellt, das sich beispielsweise mäanderförmig über die Fläche der Grundplatte 62 erstreckt.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen dadurch, daß eine Brennerplatte 68 aus der mit dem Rohrsystem 66 verbundenen Grundplatte 62 und einer daran befestigten Wabenstruktur 70 besteht. Diese ist aus sechseckigen, spaltlos aneinander anliegenden Einzelwaben 72 gebildet, in deren Hohlräume die Zuströmbohrungen 64 der Grundplatte 62 einmünden. Zur stärkeren Strukturierung der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte 68 können, wie in den Fig. 6 und 7 rechts dargestellt ist, die Hohlräume der Einzelwaben 72 oder eines Teils der Einzelwaben 72 durch an der Grundplatte 62 befestigte, vorzugsweise ebenfalls wabenförmige Einsätze 74 verengt sein, die kürzer als die Einzelwaben 72 ausgeführt sind und eine Stufung der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte bewirken.

Claims

1. Gasbrenner für Heizgeräte, insbesondere Wassererhitzer, mit einer Brennerplatte, die eine Vielzahl von Kanälen zum Durchtritt eines unter Gebläsedruck zugeführten Brennstoff-Luftgemisches hat, das sich an der Brennerplatte auf Entzündungstemperatur erhitzt und im Bereich der brennraumseitigen Mündungen der Kanäle unter Flammenbildung reagiert, und ferner mit Mitteln zum Kühlen der Brennerplatte und Begrenzen der Flammentemperatur auf Werte, bei denen die NO_x-Emissionen des Brenners vorgegebene Grenzen nicht überschreiten, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitige Wand der Brennerplatte (24, 40, 44, 52, 68) so gestuft strukturiert ausgebildet ist, daß sich zwischen den an der Brennerplatte anliegenden Flammenwurzeln und den Mündungsrändern (32, 34) der Kanäle (30, 58) definierte Berührungsflächen (38) ergeben, die sich über die Scheitelbereiche der Flammenwurzeln hinweg auch gegen, beziehungsweise in deren Seitenbereiche erstrecken.

2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerplatte (24, 40, 44) aus Blechrippen (26, 28, 46, 48) aufgebaut ist, die durch ein vom wärmeableitenden Medium durchströmten Kühlrohrsystem (20) miteinander verbunden sind und zwischen sich die Kanäle beziehungsweise Spalte (30) für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches begrenzen.

3. Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitigen Ränder (32) von bestimmten Blechrippen (28, 48) gegenüber den brennraumseitigen Rändern (34) der anderen Blechrippen (26, 46) zurückversetzt sind.

4. Gasbrenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen (26, 46) zwei kürzere Blechrippen (28, 48) nebeneinanderliegend angeordnet sind.

5. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einströmseite der Brennerplatte (44, 52, 68) eine Gitterstruktur beziehungsweise ein Lochblech (50, 62) vorgesehen ist, deren Maschenweite beziehungsweise dessen Öffnungsdurchmesser kleiner als der Rippenabstand ist.

6. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerplatte (52) aus einer mit Zuströmbohrungen (64) versehenen, mit dem wärmeableitenden Rohrsystem (66) verbundenen Grundplatte (62) und einer Vielzahl von Stiften (54, 56) besteht, die zwischen sich die Kanäle (58) für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches bilden.

7. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerplatte (68) aus einer Wabenstruktur (70) und einer damit verbundenen Grundplatte (62) besteht, die mit dem wärmeableitenden Rohrsystem (66) verbunden und mit in die Kanäle der Wabenstruktur (70) einmündenden Zuströmbohrungen (64) versehen ist.

8. Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitige Wand der Wabenstruktur (70) durch verkürzte Einsätze (74) in deren Einzelwaben (72) gestuft ausgebildet ist.

9. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Kanäle für das durchströmende Brennstoff-Luftgemisch mindestens im Bereich ihrer brennraumseitigen Endabschnitte katalytisch beschichtet sind.