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Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizgerät gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Bel solchen Heizgeräten besteht das Problem, den Brenner so auszubilden, dass auch bei Alterung oder Zerstörung der katalytischen Beschichtung eine schadstoffarme Verbrennung mit hohem Wirkungsgrad erhalten bleibt, wobei sich stets ein optimaler Wärmeübergang vom Brenner zum Wärmetauschmedium ergibt.
Bekannt ist ein in der DE 42 22 711 C2 beschriebener Warmwasserbereiter mit einem aus katalytisch beschichteten Rohren bestehenden Brenner, der mittels eines konventionellen Brenners bis zur Reaktionstemperatur des Katalysators vorgeheizt wird. Durch Alterung oder Zerstörung der katalytischen Beschichtung verschlechtert sich die Umsatzrate, so dass unverbranntes Gasgemisch in die Atmosphäre entweichen kann.
Aus der GB 20 28 700 Biset eu kombinierter Strahlungs-/Katalysebrenner bekannt, der aus einem einzigen Rohr besteht, welches in einer zylinderförmigen Brennkammer hineinragt, die konzentrisch von einem Wasserraum umgeben ist.
Ziel der Erfindung ist es, ein Heizgerät der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich durch sichere Betriebsweise auszeichnet und bei dem das Wärmetauschmedium optimal erwärmt wird.
Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Massnahmen ergibt sich der Vorteil einer weitgehenden Umsetzung der Energie in Strahlungswärme, so dass ein sehr günstiger Wärmeübergang über die Wände der Brennkam- mern, die durch die Strahlungswärme aufgeheizt werden, in das Wärmetauschmedium resultiert. Der Brenner ist sowohl konventioneller als auch katalytischer Brenner, wobei der Katalysebetneb vorrangig abläuft, solange eine ausreichende Reaktionstemperatur und eine Intakte katalytische Beschichtung bestehen.
Ausserdem erfolgt eine sehr weitgehende Ausnutzung der Wärme der Abgase, da das Heizgerät als Brennwertgerät betrieben wird. Damit ist überwiegend kein zusätzlicher konvektiver Wärmetauscher mehr notwendig.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen die Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemässer Heizgeräte im
Längsschnitt und die
Flg. 4 bis 6 die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 3 im Querschnitt.
Gleiche Bezugszeichen bedeuten in allen Figuren gleiche Einzelheiten.
Bei der Ausführungsform eines erfindungsgemässen Heizgerätes nach der Fig. 1 Ist ein, in Draufsicht (Fig. 4) gesehen, länglicher Kessel 1 vorgesehen, In dessen unterem Bereich ein Abgasraum 2 angeordnet ist. Dabei ragen vom Abgasraum 2 Brennkammern 3 nach oben, die an ihren oberen Enden 24 abgeschlossen sind.
Weiter verläuft eine Rücklaufleitung 4 für ein aufzuheizendes Wärmetauschmedium, die mit Lamellen 5 versehen ist, im Abgasraum 2, wobei die Rücklaufleitung 4 mit zwischen den Brennkammern 3 und den Wänden des Kessels 1 vorgesehenen Räumen 6 verbunden ist, die von dem Wärmetauschmedium erfüllt sind.
Die oberen Enden 24 der Brennkammern 3 sind von einem Gemischrohr 7 durchsetzt, an das Brennrohre 8 angeschlossen sind, die in den Brennkammern 3 zentral angeordnet sind. Dabei sind die Brennrohre 8 mit einer katalytischen Beschichtung 9 versehen, die sich von einem Anschluss 25 des Gemischrohres 7 ausgehend, das ein Gemisch aus Brenngas und Luft führt, über ca. 2/3 der Länge der Brennrohre 8 erstreckt.
Weiter sind die vom Wärmetauschmedium erfüllten Räume 6 mit einer Vorlaufleitung 10 verbunden.
Der Abgasraum 2 ist mit einer Abgasleitung 11 verbunden und weist einen Kondensatablauf 12 auf.
In den Brennrohren 8 wird das Gemisch katalytisch umgesetzt, wodurch Wärme erzeugt wird, die durch Strahlung die Wände 26 der Brennkammern 3 erwärmt, die aus einem gut wärmeleitenden Material, wie z. B. Kupfer, hergestellt sind. Die Wände 26 der Brennkammern 3 sind vom Wärmetauschmedium, z. B. Wasser, umgeben und geben die Wärme an das Wärmetauschmedium ab. Dabei ergibt sich eine gegenläufige Strömung des Gemisches und des Wärmetauschmediums, das vom Rücklauf 4 zum Vorlauf 10 unter der Wirkung einer Pumpe strömt.
Bel der Ausführungsform nach der Fig. 2 sind die Brennkammern 3 entlang einer Kreislinie angeordnet (Fig. 5), m deren Zentrum das Abgasrohr 11 angeordnet ist, das mit Lamellen 13 versehen ist.
Dies hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Wärmetauscher zur Nutzung der Restabgaswärme mehr notwendig 1St.
Die Brennrohre 8, die aus einem Drahtnetz, Streckmetall oder einem porösen keramischen Körper mit regel- oder unregelmässiger Struktur bestehen, sind mit der katalytischen Beschichtung 9 versehen und In je einer Brennkammer 3 angeordnet. Die bei katalytischer Umsetzung freigesetzte Wärme wird hauptsächlich
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durch Strahlung an das die Brennkammern 3 umgebende Wärmetauschmedium abgegeben.
Die Restwärme des Abgases wird konvektiv einerseits über die Strömungswege bis zum Abgassammelraum und andererseits über die am Abgasrohr befindlichen Lamellen abgeführt.
Der Kessel 1 ist bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 mit einem Deckel 15 versehen, durch die die Gemischrohre 7 und das Abgasrohr 11 dicht hindurchgeführt sind.
Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 (bzw. Fig. 6) ist ein Verteiler 16 vorgesehen, der mit Gemisch beaufschlagt ist und an den die Brennrohre 8 stirnseitig angeschlossen sind.
Die Brennrohre 8 bestehen aus einem keramischen oder metallischen Körper, deren innere Oberfläche mit einem Katalysator beschichtet ist. Die äussere Oberfläche des keramischen oder metallischen Rohres dient zur Abstrahlung der bel der katalytischen Umsetzung freigesetzten Wärme.
Die Brennrohre 8 sind jeweils von der Brennkammer 3 umgeben. Die Wärmetauscherrohre können im Bereich des Abgaskanals mit Lamellen bestückt sein, um die Restabgaswärme zu nutzen. Die Wärmetauscher-Räume 6 mit integrierten katalytisch beschichteten Brennrohren 8 sind Im Bereich des Verteilers 16 gasdicht abgeschlossen.
Das Gas-Luft-Gemisch strömt über den Verteiler 16 und die stirnseitig offenen Brennrohre 8 in den Gasraum 3, 2 ein. Dieser Verteiler 16 ist über einen Zündraum 17 mit einem Mischer 18 verbunden, wobei der Zündraum 17 mit Einbauten 19 versehen ist, die eine Umlenkung des Gemischstromes bewirken.
Weiter ist der Mischer 18, in den ein Gebläse 20 Luft einbläst und an den eine Gasleitung 21 angeschlossen ist, über eine Bypassstrecke 22 mit dem Verteiler 16 verbunden, wobei In der Bypassstrecke 22 ein temperaturgesteuertes Ventil 23 angeordnet ist.
Ein weitere Möglichkeit, den Brenner zu zünden, besteht darin, dass die Zündung im Abgaskanal 2 erfolgt. Dabei muss die Strömungsgeschwindigkeit des Gases kleiner als die Flammengeschwindigkeit sein, damit das Gemisch in die Brennrohre 8 aufsteigen kann. Dabei werden die keramischen Brennrohre 8 von aussen nach Innen durchströmt. Sobald der Katalysator die Anspringtemperatur erreicht hat, setzt die katalytische Umsetzung im Inneren des Brennrohres 8 ein, und die Flamme verlicht selbständig Im Gasraum 2, 3. Das Gas-Luft-Gemisch muss dabei den Strömungskanal im Inneren des Brennrohres 8 durchströmen.
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The invention relates to a heater according to the preamble of the claim.
With such heaters, there is the problem of designing the burner in such a way that even with aging or destruction of the catalytic coating, low-pollutant combustion with high efficiency is maintained, and there is always an optimal heat transfer from the burner to the heat exchange medium.
Known is a water heater described in DE 42 22 711 C2 with a burner consisting of catalytically coated tubes, which is preheated to the reaction temperature of the catalyst by means of a conventional burner. The conversion rate deteriorates due to aging or destruction of the catalytic coating, so that unburned gas mixture can escape into the atmosphere.
From GB 20 28 700 Biset eu combined radiation / catalytic burner known, which consists of a single tube, which protrudes into a cylindrical combustion chamber, which is surrounded concentrically by a water space.
The aim of the invention is to propose a heater of the type mentioned at the outset which is distinguished by a safe mode of operation and in which the heat exchange medium is optimally heated.
According to the invention this is achieved by the characterizing features of the patent claim.
The proposed measures have the advantage of largely converting the energy into radiant heat, so that a very favorable heat transfer via the walls of the combustion chambers, which are heated up by the radiant heat, results in the heat exchange medium. The burner is both conventional and catalytic burner, the catalytic process taking place primarily as long as there is a sufficient reaction temperature and an intact catalytic coating.
In addition, the heat of the exhaust gases is used to a very large extent, since the heater is operated as a condensing boiler. This means that an additional convective heat exchanger is no longer necessary.
The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing.
1 to 3 show different embodiments of heating devices according to the invention in
Longitudinal section and the
Flg. 4 to 6 the embodiments of FIGS. 1 to 3 in cross section.
The same reference numerals mean the same details in all figures.
In the embodiment of a heating device according to the invention according to FIG. 1, an elongated boiler 1 is provided, seen in plan view (FIG. 4), in the lower region of which an exhaust gas space 2 is arranged. Combustion chambers 3, which are closed at their upper ends 24, project upward from the exhaust gas chamber 2.
Furthermore, a return line 4 for a heat exchange medium to be heated, which is provided with fins 5, runs in the exhaust gas space 2, the return line 4 being connected to spaces 6 provided between the combustion chambers 3 and the walls of the boiler 1, which are filled with the heat exchange medium.
The upper ends 24 of the combustion chambers 3 are penetrated by a mixture tube 7, to which combustion tubes 8 are connected, which are arranged centrally in the combustion chambers 3. The combustion tubes 8 are provided with a catalytic coating 9, which extends from a connection 25 of the mixture tube 7, which carries a mixture of fuel gas and air, over approximately 2/3 of the length of the combustion tubes 8.
Furthermore, the spaces 6 filled with the heat exchange medium are connected to a flow line 10.
The exhaust gas space 2 is connected to an exhaust gas line 11 and has a condensate drain 12.
In the combustion tubes 8, the mixture is converted catalytically, whereby heat is generated which heats the walls 26 of the combustion chambers 3 by radiation, which are made of a good heat-conducting material, such as. B. copper are made. The walls 26 of the combustion chambers 3 are of the heat exchange medium, for. B. water, surround and give off the heat to the heat exchange medium. This results in an opposite flow of the mixture and the heat exchange medium, which flows from the return 4 to the flow 10 under the action of a pump.
In the embodiment according to FIG. 2, the combustion chambers 3 are arranged along a circular line (FIG. 5), in the center of which the exhaust pipe 11, which is provided with fins 13, is arranged.
This has the advantage that no additional heat exchanger is necessary to use the residual exhaust gas heat.
The combustion tubes 8, which consist of a wire mesh, expanded metal or a porous ceramic body with a regular or irregular structure, are provided with the catalytic coating 9 and arranged in one combustion chamber 3 each. The heat released during catalytic conversion is mainly
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emitted by radiation to the heat exchange medium surrounding the combustion chambers 3.
The residual heat of the exhaust gas is dissipated convectively on the one hand via the flow paths to the exhaust gas collection space and on the other hand via the fins located on the exhaust pipe.
In the embodiment according to FIG. 2, the boiler 1 is provided with a cover 15 through which the mixture pipes 7 and the exhaust pipe 11 are tightly guided.
In the embodiment according to FIG. 3 (or FIG. 6), a distributor 16 is provided which is supplied with a mixture and to which the combustion tubes 8 are connected at the end.
The fuel tubes 8 consist of a ceramic or metallic body, the inner surface of which is coated with a catalyst. The outer surface of the ceramic or metallic tube serves to radiate the heat released by the catalytic conversion.
The combustion tubes 8 are each surrounded by the combustion chamber 3. The heat exchanger tubes can be equipped with fins in the area of the exhaust gas duct in order to utilize the residual exhaust gas heat. The heat exchanger rooms 6 with integrated catalytically coated combustion tubes 8 are sealed gas-tight in the area of the distributor 16.
The gas-air mixture flows into the gas space 3, 2 via the distributor 16 and the combustion tubes 8 which are open at the end. This distributor 16 is connected to a mixer 18 via an ignition chamber 17, the ignition chamber 17 being provided with internals 19 which deflect the mixture flow.
Furthermore, the mixer 18, into which a blower 20 blows air and to which a gas line 21 is connected, is connected to the distributor 16 via a bypass section 22, a temperature-controlled valve 23 being arranged in the bypass section 22.
Another way of igniting the burner is to ignite in exhaust duct 2. The gas flow rate must be lower than the flame speed so that the mixture can rise into the combustion tubes 8. The ceramic fuel tubes 8 are flowed through from the outside to the inside. As soon as the catalytic converter has reached the light-off temperature, the catalytic conversion begins in the interior of the combustion tube 8 and the flame self-extinguishes in the gas space 2, 3. The gas-air mixture must flow through the flow channel in the interior of the combustion tube 8.
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