-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitung von Heißwasser
mit einem in einem Gehäusemantel angeordneten wasserführenden
Wärmeaustauscher, einem Gasbrenner mit Gaszuführungsleitung
und einem Brennraum gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
-
Vorbekannt
sind Geräte zur Warmwassererzeugung, die durch Verbrennung
gasförmiger oder flüssiger Brennstoffe die erforderliche
Wärme erzeugen. Der zur Verbrennung erforderliche Sauerstoff wird
durch Ansaugen der Umgebungsluft gewonnen. Über eine Mischeinheit
erfolgt die Zusammenführung von Luft und Brennstoff. Die
Mischung wird anschließend in einem geeigneten Feuerraum
verbrannt, um den ein wasserführender Wärmeaustauscher
angeordnet ist. Ein derartig ausgebildeter Wärmeaustauscher
ist dabei als wendelförmig gebogenes Rohr, das glatt oder
auch berippt sein kann, ausgeführt. Entsprechende Trennwände
umschließen den Wärmeaustauscher. Diese Trennwände
werden erhitzt und erzeugen, je nach konstruktiver Ausführung
und Aufstellort des Heizgerätes, entsprechende Wärmeverluste.
-
Aus
der Druckschrift
DE
101 48 914 C2 ist eine Heizeinrichtung mit einer Wärmetauscherpatrone
bekannt, die einen von einem Wärmeträgerfluid durchflossenen
Kanal aufweist und einen Innenraum umschließt, der an zumindest
einer Seite eine Öffnung aufweist, die von einem Rand umgeben
ist, der an dem Außendurchmesser der Wärmetauscherpatrone
entlangführt. Auch ist eine Brennereinheit angeordnet,
die einen in dem Innenraum angeordneten Brennerkörper mit mehreren
Brenneröffnungen und einen Flansch, dessen Durchmesser
den Durchmesser des Rands der Wärmetauscherpatrone übersteigt und
der die Wärmetauscherpatrone stirnseitig abschließt
und einen Sitz für eine Gebläseeinheit aufweist
und mit einer Befestigungseinrichtung, mittels derer der Flansch
mit der Wärmetauscherpatrone verbunden ist, um die Brennereinheit
an der Wärmetauscherpatrone zu befestigen.
-
Eine
darauf aufbauende Weiterentwicklung der Heizeinrichtung ist aus
der Druckschrift
DE
102 42 643 B4 bekannt. In der beschriebenen Lösung
ist der von der Rohrwendel umschlossene Innenraum in wenigstens
zwei Teilräume unterteilt, mit einem Stützrohr,
das sich durch einen der Teilräume erstreckt und das den
Isolierkörper von der Seite her abstützt. Die
Brennereinheit, der sich durch den anderen Teilraum des Innenraums
erstreckt, stützt dabei den Isolierkörper von
der anderen Seite her ab.
-
Des
Weiteren ist in der Druckschrift
DE 32 12 066 A1 ein Öl/Gas-Heizkessel
beschrieben, der ein senkrecht stehendes Wendelrohr als Wärmeaustauscher
für das Heizmedium in der Ausführung einer Umkehrbrennkammer
sowie eine brennerseitige und rauchgasseitige stufenweise Heizgasumlenkung
an den Endbereichen des Wendelrohres aufweist. Die Windungen des
Wendelrohres sind im Brennkammerbereich eng aneinander liegend und
die Windungen am Ende des Wendelrohres in zunehmend größeren
Abständen angeordnet, um jeweils eine stufenweise Heizgasumlenkung
zu erhalten. Im äußeren Heizgaszug ist eine konzentrische
Umhüllung des Wendelrohres mit einer als Strahlungskörper
geeigneten Isolation angebracht. Bei den beschriebenen Lösungen
brennen die Brennerflammen in einem vergleichsweise kleinen Volumen
im Inneren eines Wärmeaustauschers.
-
Als
alternative Ausführungsform eines Warmwassererhitzers ist
aus der Druckschrift
DE
10 2005 056 499 A1 ein Gasbrenner mit einer Mischkammer
bekannt, in welcher senkrecht zur Strömungsrichtung des
zugeführten Luft-Brenngasgemisches ein Lochblech und stromabwärts
parallel zum Lochblech ein Brennermedium angeordnet ist. Am Brennermedium
brennt das Luft-Gasgemisch ab, wobei im Flammenbereich eine Überwachungselektrode
zum Ermitteln des jeweiligen Brennzustands ist. Am Brennermedium
bzw. am Lochblech sind ein Hauptlastbereich und ein Überwachungsbereich
zur Kontrolle des Brennzustandes definiert. Das Luft-Gasgemisch
brennt im Überwachungsbereich, in dem eine Überwachungselektrode
angeordnet ist, nur mit begrenzter Flächenlast und im Hauptlastbereich
mit höherer Flächenlast ab. Derartige Gasbrenner
kommen insbesondere bei einem Warmwassergerät oder einem
sonstigen gasbetriebenen Heizgerät zum Einsatz. Die Überwachungselektrode
dient dazu, unter anderem festzustellen, ob bei zugeführtem
Luft-Gasgemisch die Brennerflamme an dem Brennermedium brennt. Falls
detektiert wird, dass keine Flamme brennt, soll das generierte Überwachungssignal
dazu verwendet werden, die Gaszufuhr über Ansteuerung eines
Ventils zu unterbrechen. Wird insgesamt ein hoher Volumenstrom des Luft-Gasgemisches
mit dem Ziel des Erreichens einer hohen Heizleistung am Gasbrenner
eingestellt, so strömen anteilig ein hoher Hauptvolumenstrom durch
den Hauptlastbereich und ein gegenüber dem Hauptvolumenstrom
geringerer, begrenzter Überwachungsvolumenstrom durch den Überwachungsbereich.
Da der Überwachungsvolumenstrom begrenzt ist, brennen die
Flammen im Überwachungsbereich unabhängig vom
Hauptvolumenstrom direkt an dem Brennermedium ab. Aufgrund des hohen
Hauptvolumenstroms heben die Flammen im Hauptlastbereich von dem
Brennermedium ab und brennen im sogenannten Blue-Flame-Modus ab.
Demgegenüber befinden sich die Flammen im Überwachungsbereich direkt
am Brennermedium und bringen dieses zum Glühen. Die Überwachungselektrode
wird direkt von den Flammen und dem glühenden Brennermedium erhitzt.
-
Die
Brennerflamme brennt flächig in einer Ebene. Zur Erwärmung
eines Wasserreservoirs ist ein zylindrisch gewickelter Rohr-Wärmeaustauscher mit
seiner Stirn seite zur Brennerebene angeordnet. Die Brennerflamme
heizt, wie bei den übrigen technischen Ausführungsformen,
in erster Linie das Innere der Rohrschlange.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät zur
Bereitung von Heißwasser in seiner Kompaktheit und Effizienz
weiterzubilden.
-
Die
Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben.
Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, eine Vorrichtung
zur Bereitung von Heißwasser anzugeben, mit einem in einem
Gehäusemantel angeordneten wasserführenden Wärmeaustauscher, einem
Gasbrenner mit Gaszuführungsleitung und einem Brennraum,
wobei der Wärmeaustauscher zumindest teilweise vom Gasbrenner
mantelförmig umgeben ist.
-
Die
Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass sich
die Flammenfront des Gasbrenners als sogenannter Mantelbrenner flächig
um die äußere Oberfläche des Wärmeaustauschers
auf entsprechend großer Fläche ausbreitet. Die
Konstruktion der Mantelbrennkammer kann dabei auch Teile des Gehäuses
mit umfassen, das im Idealfall dann nicht gekühlt werden
muss. Auch eine zum Gasbrenner ergänzende zusätzliche
Abgas- bzw. Kondensatwanne umschließt den kühleren
Bereich des Wärmeaustauschers. Mit der erfindungsgemäßen
Lösung wird ein großes Heißgasvolumen
auf entsprechend großer Fläche des Wärmeaustauschers
gekühlt.
-
Der
Volumenstrom des Luft-Gasgemisches wird mit dem Ziel eingestellt,
eine möglichst hohe Heizleistung bei der Verbrennung zu
erzielen. Die Luft-Gasmischung kann unmittelbar vor dem Verbrennungsprozess
oder auch außerhalb des eigentlichen Heizgeräts
in einer gesonderten Vormischeinheit erzeugt werden.
-
Der
besondere Vorteil besteht darin, dass durch die flächige
Flammenfront um den Wärmeaustauscher das darin strömende
Wasser entsprechend effizient aufgeheizt wird. Auch lassen sich
konstruktive Gestaltungen der Brenner in kompakter Bauweise so auslegen,
dass diese sich einfach warten und reinigen lassen. Indem der Mantelbrenner
auch Teile des Gehäuses mit umfassen kann, wird die Umhüllung
des Brennraumes gleich durch den Brenner als Funktionsteil mit übernommen.
-
In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann die Gaszuführungsleitung
zwischen Gasbrenner und Gehäusemantel angeordnet sein.
Dabei wird die Gaszuführungsleitung als ein Teil des Gehäusemantels
verwendet. Hierdurch kühlt die zuströmende Brennergasmischung
die Gehäusewand und schirmt die radial nach außen
abfließende Wärme aus dem Verbrennungsvorgang
ab. Durch den Kühlvorgang wird dem Brenner das Brennergas
auch entsprechend vorgewärmt zugeführt.
-
Vorteilhafterweise
kann der Wärmeaustauscher in Form einer senkrecht stehenden,
zylindrisch gewickelten Rohrschlange von einem ringförmigen Gasbrenner
koaxial umgeben sein. Dabei wird die Brennercharakteristik des Gasbrenners
optimal dem Verlauf des Wärmeaustauschers angepasst.
-
Bevorzugt
kann der Wärmeaustauscher in Form einer senkrecht stehenden,
zylindrisch gewickelten Rohrschlange vom ebenfalls zylindrisch gewickelten
Gasbrenner koaxial umgeben sein, dessen Windungen den Windungen
der Rohrschlange angepasst sind. Die Gasversorgung unmittelbar am
Gasbrenner kann dabei flächig durch einen zylinderförmigen
Teil der Gaszuführleitung erfolgen oder auch entsprechend
spiralig dem Verlauf des Wärmeaustauschers folgen.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Wärmeaustauscher
in Form einer senkrecht stehenden, kegelförmig gewickelten
Rohrschlange von einem ringförmigen Gasbrenner koaxial
umgeben sein. Dabei verjüngt sich der Kegelmantel in Richtung
des Abgasstromes. Hierdurch wird bei dem sich abkühlenden
Verbrennungsgas die Volumenverringerung durch den Abkühlvorgang
in der konstruktiven Auslegung angemessen berücksichtigt.
Insbesondere bei der Brennwerttechnik ist dies von Vorteil, um den
Druckabfall im Abgasstrang zu kompensieren.
-
Vorteilhafterweise
kann die Rohrschlange des Wärmeaustauschers als Rippenrohrschlange ausgebildet
sein. Hierdurch wird infolge der gegenüber Glattrohren
vergrößerten Oberfläche der Wärmeaustausch
zur Erwärmung von Brauchwasser begünstigt.
-
In
bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann das rücklaufseitige
Rohrende der Rohrschlange des Wärmeaustauschers axial durch
die Windungen zum vorlaufseitigen Rohrende hin durchgeführt
sein. Hieraus resultiert eine Konstruktion, bei der Rücklauf
und Vorlauf des Wärmeaustauschers im Bereich der abgekühlten
Abgaswanne gemeinsam nach Außen geleitet werden, wobei
für die Durchführungen durch die Abgaswanne ein
geringerer Aufwand anfällt.
-
In
besonders bevorzugter Ausführungsform kann der Wärmeaustauscher
in Form eines entsprechend ausgebildeten Gusskörpers von
einem ringförmigen Gasbrenner koaxial umgeben sein. Dies
stellt eine Alternativlösung zu Rohrwendeln dar.
-
Vorteilhafterweise
kann ein im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildeter
Gasbrenner zumindest teilweise über den Wärmeaustauscher
gestülpt sein. In dieser Ausführungsform wird
der Gasbrenner quasi haubenartig zumindest über einen Teil
des Wärmeaustauschers positioniert.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann im Inneren des Wärmeaustauschers
ein Verdrängungskörper eingesetzt sein. Der Verdrängungskörper
füllt zumindest einen Teil des Innenraumes aus, beispielsweise
das innere Zylindervolumen einer Rohrwendel, um das Abgas entlang
des Wärmeaustauschers optimal zu führen.
-
Vorteilhafterweise
kann der Gehäusemantel mehrteilig ausgeführt sein,
wobei im Bereich des Gasbrenners die Gaszuführungsleitung
einen Teil des Gehäusemantels bildet. Bei mehrteiligem
Gehäusemantel können Funktionsteile, wie beispielsweise
Teile des Gasbrenners, entsprechend ihrer thermischen und mechanischen
Beanspruchung im Werkstoff optimal ausgewählt werden. So
können im Brennerbereich Metalle und im erkalteten Bereich des
Abgasstranges beispielsweise auch Kunststoffe zum Einsatz kommen.
-
Bevorzugt
kann im Bereich des Gasbrenners die Gaszuführungsleitung
einen Teil des Gehäusemantels bilden, die den Gasbrenner
haubenförmig umschließt. Bei dieser Ausführungsform
wird der Gasbrenner vollständig von der Gaszuführungsleitung
umgeben. Dadurch lässt sich der Brennraum thermisch nach
außen isolieren. Das Brennergas wird dann bevorzugt, ausgehend
von einer zentralen Leitung, flächig auf den Brenner verteilt.
-
In
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Gehäusemantel
mehrteilig ausgeführt sein, wobei im Bereich, der sich
nicht im Wärmeeinfluss des Gasbrenners befindet, eine Abgaswanne
aus Kunststoff einen Teil des Gehäusemantels bildet. Kunststoff
kann dabei in allen Bereichen geringer Temperatur insbesondere im
Abgasstrang eingesetzt werden.
-
Vorteilhafterweise
kann der Gasbrenner mit einem Lochblech, einer porösen
Keramik oder einem fliesartigen Geflecht zum Gasdurchtritt in den
Brennraum ausgestattet sein. Besonders geeignet sind Lochbleche,
da sich bei diesen die Flammenausbildung über die Gasströmung
des Brennergases durch entsprechende Lochdurchmesser präzise
einstellen lässt. Dabei sind auch über die Fläche
lokal in der Größe variierende Löcher
vorgesehen, mit denen beispielsweise das Flammenbild zonar oder
auch entsprechend um eine Rohrwendel eines Wärmeaustauschers
spiralig umlaufend ausgebildet werden kann.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer schematischen Zeichnung näher
erläutert.
-
Darin
zeigen:
-
1 einen
schematischen Querschnitt einer Vorrichtung zur Bereitung von Heißwasser.
-
Einander
entsprechende Teile sind in der Figur mit denselben Bezugszeichen
versehen.
-
1 zeigt
eine Vorrichtung zur Bereitung von Heißwasser 1 mit
einem umgebenden Gehäusemantel 2, der aus zwei
Teilen aufgebaut ist. Im Kopfbereich wird ein Teil aus der äußeren
Wandung der Gaszuführungsleitung 5 gebildet. Die
nach unten anschließende Abgaswanne 21 wird mit
einer Dichtung 22 gegenüber dem Kopfteil abgedichtet.
Der Wärmeaustauscher 3 besteht aus einer zylindrisch
gewickelten Rohrschlange 31, deren rücklaufseitiges
Rohrende 32 axial durch die Windungen zum vorlaufseitigen Rohrende 33 hin
durchgeführt ist. Die Rohrschlange ist im Wesentlichen
in dieser Ausgestaltung glatt und weist lediglich zonar eine Wellung
zum thermischen Längenausgleich auf.
-
Zentraler
Bestandteil des Gasbrenners 4 ist ein Lochblech 41,
das im Kopfbereich den oberen Teil des Wärmeaustauschers 3 mantelförmig
umgibt und dabei eine zylinderförmige Ummantelung ausbildet. Im
Betrieb strömt das Brennergasgemisch radial nach Innen
durch das Lochblech und bildet im Brennraum 6 eine zum
Wärmeaustauscher 3 hin gerichtete, in der Figur
nicht dargestellte flächige Flammenfront. Eine Zündüberwachung 8 kontrolliert
und detektiert die Stabilität und Ausbildung der Flammenfront.
Die zur Versorgung des Gasbrenners 4 benötigte
Gasmischung wird von einer deckelseitigen zentralen Gaszuführungsleitung 51 von
oben in eine haubenartige Gaszuführungsleitung 5 verteilt.
Das Brennergas strömt zunächst im Gehäusemantel 2 außenseitig
um den Gasbrenner 4, um anschließend über
das Lochblech 41 zum Brennraum 6 zu gelangen.
Durch das zuströmende Brennergas wird insbesondere der
Kopfbereich des Gehäusemantels 2 effizient gekühlt.
-
Innerhalb
der Rohrschlange 31 ist im Bereich der Abgaswanne 21 ein
Verdrängungskörper 7 angeordnet, der
für das ausströmende Abgas den zur Verfügung
stehenden Raum verengt. Diese Querschnittsverengung wirkt dem Druckabfall
entgegen, da sich das abkühlende Abgas im Volumen drastisch verringert.
Die Querschnittsverengung führt die Abgasströmung
an den unteren Teil des Wärmeaustauschers 3, um
die Restwärme abzugeben. Das rücklaufseitige Rohrende 71 tritt
von oben her durch eine Durchführung im Kopfbereich des
Verdrängungskörpers 7.
-
An
der tiefsten Stelle der Abgaswanne 21 ist ein Abgasrohr 9 angeordnet, über
welches das abgekühlte Abgas und gegebenenfalls Kondenswasser abgeführt
wird. Zur weiteren Erläuterung sind in 1 die
Strömungsrichtung des Brennergases mit dem Buchstaben G,
die Strömungsrichtung des Wärmeträgerfluids/Wasser
mit S und die Strömungsrichtung Abgas mit A bezeichnet.
-
- 1
- Vorrichtung
zur Bereitung von Heißwasser
- 2
- Gehäusemantel
- 21
- Abgaswanne
- 22
- Dichtung
- 3
- Wärmeaustauscher
- 31
- zylindrisch
gewickelte Rohrschlange
- 32
- rücklaufseitiges
Rohrende
- 33
- vorlaufseitiges
Rohrende
- 4
- Gasbrenner
- 41
- Lochblech
- 5
- Gaszuführungsleitung
- 51
- deckelseitige
zentrale Gaszuführungsleitung
- 6
- Brennraum
- 7
- Verdrängungskörper
- 71
- Durchtrittsstelle
des rücklaufseitiges Rohrendes
- 8
- Zündüberwachung
- 9
- Abgasrohr
- G
- Strömungsrichtung
des Brennergases
- S
- Strömungsrichtung
des Wärmeträgerfluids/Wasser
- A
- Strömungsrichtung
Abgas
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10148914
C2 [0003]
- - DE 10242643 B4 [0004]
- - DE 3212066 A1 [0005]
- - DE 102005056499 A1 [0006]