EP0913641B1 - Brennkammer für Warmwasserbereiter,insbesondere Gasheizgeräte - Google Patents

Brennkammer für Warmwasserbereiter,insbesondere Gasheizgeräte Download PDF

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EP0913641B1
EP0913641B1 EP98120440A EP98120440A EP0913641B1 EP 0913641 B1 EP0913641 B1 EP 0913641B1 EP 98120440 A EP98120440 A EP 98120440A EP 98120440 A EP98120440 A EP 98120440A EP 0913641 B1 EP0913641 B1 EP 0913641B1
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wall
layer
chamber according
ceramic
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Peter Boiger
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber for water heaters, especially gas heaters, the one that Combustion chamber at least laterally delimiting combustion chamber wall made of temperature-resistant material.
  • Such a combustion chamber is e.g. from DE 30 24 792 C2 known.
  • combustion chambers are used for the combustion chamber wall Thermal insulation mostly made of ceramic fibers used, the wall thickness is about 10 mm and for Stabilization are provided with a sheet metal jacket.
  • the ceramic fiber thermal insulation panels used for the combustion chamber wall provide an inexpensive solution for the required thermal insulation of the combustion chamber wall, however have a biologically and physiologically questionable Fiber material on through openings in the sheet metal jacket step out and into the lungs of a living being, especially of a human being. Also are the people involved in the manufacture of the combustion chamber very dangerous to health.
  • the ceramic fiber plates used have excellent insulation, but poor Resistance to aging and temperature.
  • the above object is achieved in that the combustion chamber wall is made of heat-insulating ceramic Insulating material existing outer wall plate or layer and a separate inner wall plate made of high temperature resistant Structural ceramics that the covers outer wall plate to the interior of the combustion chamber.
  • the known structure the combustion chamber through a thin-walled layer or plate made of high temperature resistant structural ceramics on the To supplement the inside of the combustion chamber wall, on the one hand high temperature resistance and excellent thermal insulation properties and on the other hand the outside Subsequent thermal insulation layer or plate opposite the Burner interior covers.
  • the outer wall layer or -plate consist of a ceramic fiber plate, since now none Ceramic fibers can get more into the ambient air.
  • the outer wall plate is alternative and preferred in the form of a press plate made of ceramic fill formed, which is not physiological even during manufacture can give off questionable fibers.
  • combustion chamber wall also stabilizes towards the outside and protected, is the outer wall layer or panel additionally on the outside of a retaining sheet jacket jacketed.
  • the high-temperature-resistant structural ceramic inner wall plate can advantageously be relative run thin-walled, so that in a few A homogeneous temperature spectrum seconds after the burner starts reinforced by the spatial separation from the actual one Thermal insulation panel, i.e. the outer wall plate.
  • the outer thermal insulation board or layer consisting of ceramic fill can be a outer, encasing the outer wall layer or plate Holding plate with an air gap between them and the outer wall layer or plate. Cool ambient air can flow through this air gap, the one located on the underside of the combustion chamber wall Openings in and out of their openings Top side flows out.
  • the thermal insulation properties of the combustion chamber wall corrective measure, the inner wall surface of the made of high temperature resistant structural ceramics inner wall plate also with an infrared reflecting Layer be coated.
  • This infrared reflective Layer is only a few ⁇ m thick and can either made of a temperature-resistant metal, a temperature-resistant Metal alloy or alternatively from one after his Emission spectrum selected ceramic material consist.
  • This ceramic material can, for example Alumina, especially corundum.
  • the coating eliminates temperature peaks at the Dismantled inside the combustion chamber wall. An even one The result is temperature distribution.
  • high-temperature-resistant structural ceramics are thus Thermal peaks and thermal stresses Shrinkage cracks reduced or avoided.
  • the only drawing figure shows schematically one Cross section through a section of an inventive Embodiment of the proposed combustion chamber.
  • the combustion chamber 4 shown in the figure forms one from the combustion chamber wall 1 laterally surrounded space, and a Burner 2 is in a lower position and a heat exchanger 3 on one above the burner 2 Position arranged.
  • the burner 2 is preferably a Gas burner of a gas water heater or gas water heater.
  • the Cross section rectangular combustion chamber wall 1 from the inside to outside of an inner wall plate 11 made of high temperature resistant Structural ceramics, one of them separate Press plate 10 made of ceramic fill, an air gap 15 and an outer sheet metal jacket in the form of the outside the press plate 10 in compliance with the air gap mentioned 15 covering retaining plate 14.
  • the inner wall of the inner wall plate 11 is optionally made of high temperature resistant structural ceramics with an infrared reflecting Layer 12 coated, which consists of a ceramic selected according to its emission spectrum Material such as Corundum.
  • the figure is the thickness of the infrared reflecting Layer 12 in relation to the thickness of the inner wall plate 11 is exaggerated.
  • the thickness of the infrared reflecting layer 12 is only a few microns.
  • the figure also shows that the outer press plate 10th surrounding sheet metal jacket 14 by an end plate as the Heat exchanger 3 trained bracket 13 with the Heat exchanger 3 is connected.
  • the one described above and shown in the figure preferred embodiment of the proposed combustion chamber avoids completely physiologically questionable emissions ceramic fibers in the manufacturing process, during the Operating and recycling by one made of ceramic Existing existing press plate 10 is used.
  • This ceramic bed can be inexpensively as Make the press plate.
  • this press plate is from said sheet metal jacket 14 and inwards through the relatively thin inner wall plate 11 made of high temperature resistant Structural ceramics covered, optionally on their inner wall with an infrared reflecting, very thin ceramic layer 12 is coated.
  • the according Embodiment realized combustion chamber has excellent thermal insulation properties, high temperature resistance and can be relatively inexpensive produce small dimensions.

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Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für Warmwasserbereiter, insbesondere Gasheizgeräte, die eine die Brennkammer wenigstens seitlich begrenzende Brennkammerwand aus temperaturfestem Material aufweist.
Eine solche Brennkammer ist z.B. aus DE 30 24 792 C2 bekannt.
Für die Brennkammerwand bekannter Brennkammern werden zur Wärmedämmung zumeist aus Keramikfasern bestehende Platten verwendet, deren Wandstärke etwa 10 mm beträgt und die zur Stabilisierung mit einer Blechummantelung versehen sind.
Die für die Brennkammerwand verwendeten Keramikfaser-Wärmedämmplatten stellen zwar eine kostengünstige Lösung für die geforderte Wärmedämmung der Brennkammerwand dar, weisen jedoch ein biologisch und physiologisch bedenkliches Fasermaterial auf, das durch Öffnungen in der Blechummantelung nach außen treten und in die Lunge eines Lebewesens, insbesondere eines Menschen gelangen kann. Außerdem sind die mit der Fertigung der Brennkammer befaßten Personen sehr gesundheitsgefährdet.
Weiterhin haben die verwendeten Keramikfaserplatten zwar eine hervorragende Wärmedämmung, jedoch eine schlechte Alterungs- und Temperaturbeständigkeit.
Kurzfassung der Erfindung
Angesichts des oben Gesagten ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Brennkammer so zu ermöglichen, daß keine physiologisch bedenkliche Emissionen mehr auftreten und gleichzeitig die Alterungs- und Temperaturbeständigkeit der Brennkammerwand erhöht ist.
Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die Brennkammerwand eine aus wärmedämmendem keramischem Isoliermaterial bestehende äußere Wandplatte oder -schicht und eine davon getrennte innere Wandplatte aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik aufweist, die die äußere Wandplatte zum Innenraum der Brennkammer abdeckt.
Demnach ist es Kern dieser Erfindung, den bekannten Aufbau der Brennkammer durch eine dünnwandige Schicht oder Platte aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik auf der Brennkammerwandinnenseite zu ergänzen, die zum einen eine hohe Temperaturbeständigkeit und hervorragende Wärmedämmeigenschaften hat und andererseits die nach außen anschließende Wärmedämmschicht oder -platte gegenüber dem Brennerinnenraum abdeckt.
Da die innere Wandplatte aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik die äußere Wandplatte zum Innenraum der Brennkammer kapselt, kann die äußere Wandschicht oder -platte aus einer Keramikfaserplatte bestehen, da nun keine Keramikfasern mehr in die Umgebungsluft gelangen können. Alternativ und bevorzugt ist die äußere Wandplatte jedoch in Form einer Preßplatte aus keramischer Schüttung gebildet, die auch bei der Fertigung keine physiologisch bedenklichen Fasern abgeben kann.
Damit die Brennkammerwand auch nach außen hin stabilisiert und geschützt ist, ist die äußere Wandschicht oder -platte zusätzlich auf ihrer Außenseite von einem Halteblechmantel ummantelt.
Die aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik bestehende innere Wandplatte kann vorteilhafterweise relativ dünnwandig ausgeführt werden, so daß sich in wenigen Sekunden nach Brennerstart ein homogenes Temperaturspektrum verstärkt durch die räumliche Trennung zur eigentlichen Wärmeisolierplatte, d.h. der äußeren Wandplatte einstellt.
Die vorgeschlagene Stoffkombination zur Abdeckung der Keramikfaserplatte oder der aus keramischer Schüttung bestehenden Preßplatte durch hochtemperaturbeständige Strukturkeramik resultiert darin, daß die Wandstärke der Brennkammerwand deutlich geringer sein kann.
Wenn, wie bevorzugt, die äußere Wärmedämmplatte oder -schicht aus keramischer Schüttung besteht, kann ein äußeres, die äußere Wandschicht oder -platte ummantelndes Halteblech unter Einhaltung eines Luftspalts zwischen sich und der äußeren Wandschicht oder -platte angebracht sein. Durch diesen Luftspalt kann kühle Umgebungsluft strömen, die in an der Unterseite der Brennkammerwand befindliche Öffnungen ein- und durch Ausströmöffnungen an ihrer Oberseite ausströmt.
Als zusätzliche, die Wärmedämmeigenschaften der Brennkammerwand verbessernde Maßnahme, kann die Innenwandfläche der aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik bestehenden inneren Wandplatte außerdem mit einer infrarotreflektierenden Schicht beschichtet sein. Diese infrarotreflektierende Schicht ist nur einige µm dick und kann entweder aus einem temperaturfesten Metall, einer temperaturfesten Metallegierung oder alternativ aus einem nach seinem Emissionsspektrum ausgewählten keramischen Material bestehen. Dieses keramische Material kann beispielsweise Aluminiumoxid, insbesondere Korund, sein.
Durch die Beschichtung werden Temperaturspitzen an der Innenseite der Brennkammerwand abgebaut. Eine gleichmäßige Temperaturverteilung ist die Folge. In der als selbsttragende Platte ausgebildeten inneren Wandplatte aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik werden so durch Temperaturspitzen hervorgerufene thermische Spannungen und Schwundrisse abgebaut bzw. vermieden.
Zeichnung
Die einzige Zeichnungsfigur zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der vorgeschlagenen Brennkammer.
Die in der Figur dargestellte Brennkammer 4 bildet einen von der Brennkammerwand 1 seitlich umgebenen Raum, und ein Brenner 2 ist in einer unteren Position und ein Wärmeübertrager 3 an einer oberhalb des Brenners 2 liegenden Position angeordnet. Der Brenner 2 ist bevorzugt ein Gasbrenner eines Gas-Warmwasserbereiters oder Gas-Warmwasserheizgeräts.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die im Querschnitt rechteckige Brennkammerwand 1 von innen nach außen aus einer inneren Wandplatte 11 aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik, einer davon getrennten Preßplatte 10 aus keramischer Schüttung, einem Luftspalt 15 und einem äußeren Blechmantel in Form eines die Außenseite der Preßplatte 10 unter Einhaltung des genannten Luftspalts 15 bedeckenden Halteblechs 14.
Optionell ist die Innenwand der inneren Wandplatte 11 aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik mit einer infrarotreflektierenden Schicht 12 beschichtet, die aus einem nach seinem Emissionsspektrum ausgewählten keramischen Material, wie z.B. Korund, besteht.
Es ist deutlich, daß die Figur die Dicke der infrarotreflektierenden Schicht 12 im Verhältnis zur Dicke der inneren Wandplatte 11 übertrieben darstellt. Die Dicke der infrarotreflektierenden Schicht 12 beträgt nur einige µm.
Die Figur zeigt ferner, daß der die äußere Preßplatte 10 umgebende Blechmantel 14 durch einen als Endlamelle des Wärmeübertragers 3 ausgebildeten Haltewinkel 13 mit dem Wärmeübertrager 3 verbunden ist.
Die oben beschriebene und in der Figur dargestellte bevorzugte Ausführungsform der vorgeschlagenen Brennkammer vermeidet gänzlich physiologisch bedenkliche Emissionen keramischer Faserstoffe in der Fertigung, während des Betriebs und beim Recycling, indem eine aus keramischer Schüttung bestehende äußere Preßplatte 10 verwendet wird. Diese keramische Schüttung läßt sich kostengünstig als Preßplatte herstellen. Nach außen ist diese Preßplatte von dem genannten Blechmantel 14 und nach innen durch die relativ dünne innere Wandplatte 11 aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik abgedeckt, die optionell auf ihrer Innenwand mit einer infrarotreflektierenden, sehr dünnen Keramikschicht 12 beschichtet ist. Die gemäß Ausführungsform realisierte Brennkammer hat hervorragende thermische Isolationseigenschaften, eine hohe Temperaturbeständigkeit und läßt sich kostengünstig in verhältnismäßig kleinen Abmessungen herstellen.

Claims (12)

  1. Brennkammer für Warmwasserbereiter, insbesondere Gasheizgeräte, die eine die Brennkammer (4) wenigstens seitlich begrenzende Brennkammerwand (1) aus temperaturfestem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammerwand (1) eine aus wärmedämmendem keramischem Isoliermaterial bestehende äußere Wandplatte oder -schicht (10) und eine davon getrennte innere Wandplatte (11) aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik aufweist, die die äußere Wandplatte (10) zum Innenraum der Brennkammer (4) abdeckt.
  2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandschicht (10) aus einer Keramikfaserplatte besteht.
  3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandschicht (10) aus keramischer Schüttung besteht.
  4. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Schüttung als eine Preßplatte (10) gebildet ist.
  5. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wandschicht oder -platte (10) zusätzlich auf ihrer Außenseite von einem Halteblech (14) ummantelt ist.
  6. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteblech (14) die äußere Wandschicht oder -platte (10) unter Einhaltung eines Luftspalts ummantelt.
  7. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandfläche der inneren Wandplatte (11) aus hochtemperaturbeständiger Strukturkeramik außerdem mit einer infrarotreflektierenden Schicht (12) beschichtet ist.
  8. Brennkammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der infrarotreflektierenden Schicht (12) einige µm beträgt.
  9. Brennkammer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die infrarotreflektierende Schicht (12) aus einem temperaturfestem Metall oder einer solchen Metallegierung besteht.
  10. Brennkammer nach Anspruch 7 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die infrarotreflektierende Schicht (12) aus einem nach seinem Emissionsspektrum ausgewählten keramischen Material besteht.
  11. Brennkammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material der infrarotreflektierenden Schicht (12) Aluminiumoxid, z.B. Korund, ist.
  12. Brennkammer nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Brennkammerwand (1) rechteckig ist.
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