DE10205400A1 - Recuperator burner has heater head heated by burner unit fed with combustion gas and air, exhaust gas being fed away via heat exchanger for heating air fed to burner unit - Google Patents
Recuperator burner has heater head heated by burner unit fed with combustion gas and air, exhaust gas being fed away via heat exchanger for heating air fed to burner unitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Rekuperatorbrenner mit einem Erhitzerkopf, der von einem Brennerelement erwärmbar ist, wobei dem Brennerelement Brenngas und Luft zuführbar sind und das beim Brennvorgang entstehende Abgas über einen Wärmetauscher abführbar und zur Vorwärmung der dem Brennerelement zuführbaren Luft verwendbar ist. The invention relates to a recuperative burner with a heater head, the a burner element can be heated, the burner element being fuel gas and Air can be supplied and the exhaust gas generated during the combustion process via a Heat exchanger removable and for preheating the burner element feedable air can be used.
Zur Erwärmung eines Erhitzerkopfes für einen Gaskreisprozess ist es oft notwendig, die dem Brennerlement zugeführte Frischluft mit dem Abgas des Verbrennungsvorganges vorzuwärmen, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und den Schadstoffausstoß zu reduzieren. It is often used to heat a heater head for a gas cycle process necessary, the fresh air supplied to the burner element with the exhaust gas from the Preheat the combustion process to increase the efficiency and To reduce pollutant emissions.
In dem Bericht "Gasbetriebene Wärmepumpe zur monovalenten Raumbeheizung und Trinkwassererwärmung" (BVE, Aachen, 1999) wird als Wärmetauscher eine Metallfolie eingesetzt, die in Mäanderform gefaltet ist. Auf der einen Seite der Metallfolie strömt das Abgas und auf der anderen Seite die vorzuwärmende Frischluft. Die Wärme des Abgases wird somit effektiv über die Metellfolie auf die Frischluft übertragen. In the report "Gas powered heat pump for monovalent space heating and DHW heating "(BVE, Aachen, 1999) becomes a heat exchanger Metal foil used, which is folded in a meandering shape. On one side of the Metal foil flows the exhaust gas and on the other hand the preheated Fresh air. The heat of the exhaust gas is thus effectively applied to the metal foil transfer the fresh air.
Bei den bekannten Rekuperatorbrennern der eingangs erwähnten Art ist der Wärmetauscher in der Regel über dem Brennerelement angeordnet. Das Abgas strömt nach oben und die vorgewärmte Frischluft nach unten zum Brennerelement. Es ist daher eine große äußere Oberfläche vorhanden, die eine hohe Temperatur besitzt und zu großen Wärmeverlusten führt. In the known recuperative burners of the type mentioned at the beginning Heat exchangers are usually arranged above the burner element. The exhaust gas flows upwards and the preheated fresh air downwards to the Burner element. There is therefore a large outer surface, which is high Has temperature and leads to large heat losses.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Rekuperatorbrenner der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, dass er eine möglichst geringe äußere heiße Oberfläche aufweist und demnach die Wärmeverluste reduziert und den Wirkungsgrad erhöht und dennoch eine kompakte Bauweise mit kleiner Bauhöhe aufweist. It is an object of the invention to provide a recuperator burner of the type mentioned at the beginning Type in such a way that it has the smallest possible outer hot surface and therefore reduces heat loss and efficiency increased and yet has a compact design with a small height.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass um den Erhitzerkopf in beabstandeter Schalenbauweise ein ringförmiges Brennerelement, ein ringförmiger Wärmetauscher und ein ringförmiges Brennergehäuse angeordnet sind, wobei zwischen Brennerelement und Erhitzerkopf ein Abgas-Aufnahmeraum, zwischen Brennerelement und Wärmetauscher eine Luftaufnahmekammer für die vorgewärmte Luft und zwischen dem Brennergehäuse und dem Wärmetauscher eine Luftzuführungskammer für Frischluft gebildet sind. This object is achieved according to the invention in that Heater head in a spaced-apart shell construction an annular burner element, an annular heat exchanger and an annular burner housing are arranged, one between the burner element and the heater head Exhaust gas receiving space, one between the burner element and the heat exchanger Air intake chamber for the preheated air and between the burner housing and the An air supply chamber for fresh air is formed in the heat exchanger.
Dieser schalenförmige Aufbau um den Erhitzerkopf führt zu einer kompakten Baueinheit mit kleiner Bauhöhe, die eine kleinere äußere heiße Oberfläche aufweist. Durch die äußere Umströmung der heißen Abgasseite des Wärmetauschers werden nicht nur die zugeführte Frischluft vorgewärmt, sondern auch die Wärmeverluste des Wärmetauschers nach außen hin minimiert. This bowl-shaped structure around the heater head leads to a compact Unit with a small overall height, which has a smaller outer hot surface having. Due to the external flow around the hot exhaust side of the Heat exchangers are not only preheated to the fresh air supplied, but also the Heat losses from the heat exchanger to the outside are minimized.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher mit seiner Luftseite dem Brennerelement und mit seiner Abgasseite dem Brennergehäuse zugekehrt ist, dass das Brenngas von unten her und die vorgewärmte Luft radial dem Brennerelement zuführbar ist, dass das im Verbrennungsprozess auftretende Abgas oben aus dem Abgas-Aufnahmeraum austritt und einem oberen Abgas-Eingang der Abgasseite des Wärmetauschers zuführbar und am unteren Abgas-Ausgang des Wärmetausches aus dem Brennergehäuse abführbar ist und dass die Frischluft die Luftzuführungskammer von oben nach unten und die Luftseite des Wärmetauschers von unten nach oben durchströmt und von dort aus über die Luftaufnahmekammer dem Brennerelement zuführbar ist. According to a preferred embodiment, it is provided that the heat exchanger with its air side the burner element and with its exhaust side the The burner housing is facing that the fuel gas from below and the Preheated air can be fed radially to the burner element, that in the Exhaust gas occurring at the top of the combustion chamber exits and an upper exhaust gas inlet on the exhaust side of the heat exchanger feedable and at the lower exhaust outlet of the heat exchange from the Burner housing is removable and that the fresh air the air supply chamber from top to bottom and the air side of the heat exchanger from bottom to Flows through the top and from there via the air intake chamber Burner element can be fed.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, dass der Wärmetauscher ein ringförmiges Wärmetauschergehäuse mit oberem Abgas-Eingang und unterem Abgas-Ausgang mit im Querschnitt rechteckförmigem Innenraum aufweist, in dem eine mäanderförmige gefaltete Metallfolie die Abgasseite und die Luftseite trennt, dass der Abgas-Eingang und der Abgas-Ausgang des Wärmetauschergehäuses dem Brennergehäuse zugekehrt ist und dass die Luftseite des Wärmetauschergehäuses einem unteren Luft-Eingang für die aus der Frischluftkammer kommende Frischluft und einen oberen Luft-Ausgang für die vorgewärmte Luft aufweist, der mit der Luftaufnahmekammer in Verbindung steht. Auf diese Weise ist auch die Führung des Abgases und der zugeführten Frischluft erleichtert. According to a further embodiment it is provided that the Heat exchanger is a ring-shaped heat exchanger housing with an upper exhaust gas inlet and lower exhaust gas outlet with a rectangular interior in cross section has, in which a meandering folded metal foil the exhaust side and the air side separates that the exhaust gas inlet and the exhaust gas outlet of the Heat exchanger housing is facing the burner housing and that the air side of the heat exchanger housing a lower air inlet for out of the Fresh air chamber incoming fresh air and an upper air outlet for the has preheated air in communication with the air intake chamber. In this way is also the guidance of the exhaust gas and the supplied Fresh air relieved.
Die Zuführung der Frischluft zu dem Schalenaufbau erfolgt in einfacher Weise dadurch, dass ein Lüfter die Frischluft einer oberen Luft-Verteilerkammer zentrisch zuführt, die sich über dem Erhitzerkopf, dem Brennerelement und dem Wärmetauscher bis zur Luftzuführungskammer erstreckt, und dass sich die Luftzuführungskammer über eine untere ringförmige Verbindungskammer über den Wärmetauscher erstreckt und mit dem unteren Luft-Eingang der Luftseite des Wärmetauschers in Verbindung steht, während für die Führung des Abgases vorgesehen ist, dass der Abgas-Aufnahmeraum mit einer oberen Abgas-Verteilerkammer in Verbindung steht, die unter der oberen Luft-Verteilerkammer abgeteilt ist, sich über das Brennerelement und den Wärmetauscher erstreckt und mit dem oberen Abgas-Eingang des Wärmetauschers in Verbindung steht. The fresh air is supplied to the shell structure in a simple manner in that a fan supplies fresh air to an upper air distribution chamber centric feeds, which are above the heater head, the burner element and Exchanger extends to the air supply chamber, and that the Air supply chamber through a lower annular connecting chamber over the Extends heat exchanger and with the lower air inlet on the air side of the Heat exchanger communicates while guiding the exhaust gas it is provided that the exhaust gas receiving space with an upper Exhaust plenum communicates under the upper air plenum is divided, extends over the burner element and the heat exchanger and is connected to the upper exhaust gas inlet of the heat exchanger.
Das Brenngas wird dem Brennerelement auf diese Weise zugeführt, dass unter dem Brennerelement eine ringförmige Brenngaskammer mit einem Brenngasanschluss angeordnet ist, aus der das Brenngas vertikalen Kanälen im Brennerelement zuführbar ist, und dass sich die Brenngaskammer über die untere Stirnseite des Brennerelementes erstreckt. The fuel gas is fed to the burner element in this way that under the burner element an annular fuel gas chamber with a Fuel gas connection is arranged, from which the fuel gas vertical channels in Burner element can be fed, and that the fuel gas chamber over the lower Front side of the burner element extends.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention is illustrated by one in the drawing Embodiment explained in more detail. Show it:
Fig. 1 einen Vertikalschnitte durch einen im Schalenaufbau gestalteten Rekuperatorbrenner und Fig. 1 shows a vertical section through a recuperator burner designed in the shell structure
Fig. 2 einen Horizontalteilschnitt zur Erläuterung der Zufuhr von Brenngas und Frischluft und Abfuhr des Abgases. Fig. 2 is a partial horizontal section to explain the supply of fuel gas and fresh air and removal of the exhaust gas.
Wie die Fig. 1 zeigt, ist im Zentrum des Rekuperatorbrenners ein Erhitzerkopf 10 angeordnet, um den sich ein ringförmiges Brennerelement 11 schließt. Die axiale Bauhöhe ist relativ klein. Dabei verbleibt zwischen der Außenkontur des Erhitzerkopfes 10 und der Innenkontur des Brennerelements 11 eine ringförmige Abgas-Aufnahmekammer 25. As shown in FIG. 1, a heater head 10 is arranged in the center of the recuperator burner, around which an annular burner element 11 closes. The axial height is relatively small. An annular exhaust gas receiving chamber 25 remains between the outer contour of the heater head 10 and the inner contour of the burner element 11 .
Um das Brennerelement 11 ist ein ringförmiger Wärmtauscher 12 angeordnet, wobei die von der vorzuwärmenden Frischluft beaufschlagte Luftseite dem Brennerelement 11 und die von dem Abgas durchströmte Abgasseite einem ringförmigen Brennergehäuse 13 zugekehrt sind, das den Rekuperatorbrenner nach außen abschließt. Zwischen dem Brennerelement 11 und der Luftseite des Wärmetauschers 12 verbleibt dabei eine Luftaufnahmekammer 20 und zwischen der Abgasseite des Wärmetausches 12 und dem Brennergehäuse 13 eine Luftzuführungskammer 17. Beide Kammern umschließen jeweils die vorgeordneten Komponenten ringförmig. An annular heat exchanger 12 is arranged around the burner element 11 , the air side to which the fresh air to be preheated is directed to the burner element 11 and the exhaust gas side through which the exhaust gas flows is directed to an annular burner housing 13 which closes the recuperator burner to the outside. Between the burner element 11 and the air side of the heat exchanger 12 there remains an air receiving chamber 20 and between the exhaust side of the heat exchanger 12 and the burner housing 13 is an air supply chamber 17th Both chambers enclose the upstream components in a ring.
Der Wärmetauscher 12 mit dem Wärmetauschergehäuse 29 nimmt eine mäanderförmig gefaltete Metallfolie 16 auf, die im Innenraum des geschlossenen Wärmetauschergehäuses 29 die äußere Abgasseite und die innere Luftseite abteilt. Dabei weist die Abgasseite oben einen Abgas-Eingang 26 und unten einen Abgas-Ausgang 24 auf, der aus dem Brennergehäuse 13 herausgeführt ist und das Abgas AG nach dem Passieren der Abgasseite des Wärmetauschers 12 und Abgabe von Wärme abführt. The heat exchanger 12 with the heat exchanger housing 29 accommodates a meandering folded metallic foil 16 which divides the outer exhaust-gas side and the inner side of air in the interior of the closed heat exchanger housing 29th The exhaust gas side has an exhaust gas inlet 26 at the top and an exhaust gas outlet 24 at the bottom, which is led out of the burner housing 13 and removes the exhaust gas AG after passing through the exhaust gas side of the heat exchanger 12 and emitting heat.
In gleicher Weise bildet die Luftseite des Wärmetauschers 12 oben einen Luft- Ausgang und unten einen Luft-Eingang für die vorzuwärmende Frischluft. In the same way, the air side of the heat exchanger 12 forms an air outlet at the top and an air inlet at the bottom for the fresh air to be preheated.
Über dem Erhitzerkopf 12, dem Brennerelement 11 und dem Wärmetauscher 12 erstreckt sich eine Luft-Verteilerkammer 18, der im Zentrum über eine Öffnung 14 die von einem Lüfter 30 angesaugte Frischluft L zugeführt wird. Diese Frischluft gelangt von oben in die Luftzuführungskammer 17 und strömt darin nach unten, wie die ausgezogenen Pfeile zeigen. Im untere Bereich führt die Luftzuführungskammer 17 über eine ringförmige Verbindungskammer 19 zum unteren Lufteingang 23 der Luftseite des Wärmetauschers 12. In der Luftseite des Wärmetauschers 12 strömt die zu erwärmende Frischluft nach oben und tritt am oberen Luft-Ausgang 23 der Luftseite des Wärmetauschers 12 aus und gelangt in die Luftaufnahmekammer 20, so dass sie daraus radial der Außenkontur des porös ausgebildeten Brennerelements 11 zugeführt wird. An air distribution chamber 18 extends over the heater head 12 , the burner element 11 and the heat exchanger 12 , and the fresh air L sucked in by a fan 30 is supplied in the center via an opening 14 . This fresh air enters the air supply chamber 17 from above and flows downward therein, as the solid arrows show. In the lower area, the air supply chamber 17 leads via an annular connecting chamber 19 to the lower air inlet 23 on the air side of the heat exchanger 12 . In the air side of the heat exchanger 12 , the fresh air to be heated flows upward and emerges at the upper air outlet 23 of the air side of the heat exchanger 12 and enters the air receiving chamber 20 , so that it is fed radially therefrom to the outer contour of the porous burner element 11 .
Unter der unteren Stirnseite des Brennerelementes 11 ist eine ringförmige Brenngaskammer 27 mit Brenngasanschluss 28 angeordnet, aus der das Brenngas BG vertikalen Kanälen 15 im Brennerelement 11 zugeführt wird, wo es mit der zugeführten vorgewärmten Frischluft vermischt und verbrannt wird. Das beim Verbrennungsprozess entstehende Abgas AG strömt nach oben in den Abgas-Aufnahmeraum 25, der in eine Abgas-Verteilerkammer 21 übergeht, die unter der Luft-Verteilerkammer 18 gebildet ist und sich über den Wärmetauscher 12 erstreckt und mit dem oberen Abgas-Eingang 26 der Abgasseite des Wärmetauchers 12 in Verbindung steht. An annular fuel gas chamber 27 with fuel gas connection 28 is arranged under the lower end face of the burner element 11 , from which the fuel gas BG is fed to vertical channels 15 in the burner element 11 , where it is mixed and burned with the preheated fresh air supplied. The exhaust gas AG produced during the combustion process flows upward into the exhaust gas receiving space 25 , which merges into an exhaust gas distribution chamber 21 , which is formed under the air distribution chamber 18 and extends over the heat exchanger 12 and with the upper exhaust gas inlet 26 Exhaust side of the heat exchanger 12 is connected.
Das Abgas AG strömt in der Abgasseite des Wärmetauschers 12 nach unten und verlässt den Rekuperatorbrenner am unteren Abgas-Ausgang 24, wie die gestrichelt eingezeichneten Pfeile zeigen. The exhaust gas AG flows downward in the exhaust gas side of the heat exchanger 12 and leaves the recuperator burner at the lower exhaust gas outlet 24 , as the arrows shown in broken lines show.
Der Teilschnitt nach Fig. 2 zeigt deutlich, wie die Metallfolie 16 in dem Innenraum des ringförmigen Wärmetauschergehäuses 29 die Abgasseite und die Luftseite abteilt. Da die Metallfolie 16 mäanderförmig gefaltet ist, weist sie eine große Oberfläche für das durchströmende Abgas AG und die zugeführte Frischluft L auf, so dass eine gute Wärmeübertragung vom Abgas AG zur Frischluft L gewährleistet ist. Es ist daraus auch zu ersehen, dass die am oberen Luft- Ausgang 22 in die Luftaufnahmekammer 20 eintretende, vorgewärmte Frischluft radial großflächig der Außenkontur des Brennerelementes 11 zugeführt und als Verbrennungsluft verwendet wird. The partial section in FIG. 2 clearly shows how the metal foil 16 in the interior of the annular heat exchanger housing 29 divides the exhaust side and the air side. Since the metal foil 16 is folded in a meandering shape, it has a large surface area for the exhaust gas AG flowing through and the fresh air L supplied, so that good heat transfer from the exhaust gas AG to the fresh air L is ensured. It can also be seen from this that the preheated fresh air entering the air intake chamber 20 at the upper air outlet 22 is supplied radially over a large area to the outer contour of the burner element 11 and is used as combustion air.
Claims (6)
dass der Wärmetauscher (12) mit seiner Luftseite dem Brennerelement (11) und mit seiner Abgasseite dem Brennergehäuse (13) zugekehrt ist,
dass das Brenngas (BG) von unten her und die vorgewärmte Luft radial dem Brennerelement (11) zuführbar ist,
dass das im Verbrennungsprozess auftretende Abgas oben aus dem Abgas-Aufnahmeraum (25) austritt und einem oberen Abgas-Eingang (26) der Abgasseite des Wärmetauschers (12) zuführbar und am unteren Abgas-Ausgang des Wärmetausches (12) aus dem Brennergehäuse (13) abführbar ist und
dass die Frischluft (L) die Luftzuführungskammer (17) von oben nach unten und die Luftseite des Wärmetauschers (12) von unten nach oben durchströmt und von dort aus über die Luftaufnahmekammer (20) dem Brennerelement (11) zuführbar ist. 2. recuperator burner according to claim 1, characterized in
that the heat exchanger ( 12 ) faces the burner element ( 11 ) with its air side and the burner housing ( 13 ) with its exhaust side,
that the fuel gas (BG) can be fed from below and the preheated air radially to the burner element ( 11 ),
that the exhaust gas occurring in the combustion process emerges from the top of the exhaust gas receiving space ( 25 ) and can be fed to an upper exhaust gas inlet ( 26 ) on the exhaust gas side of the heat exchanger ( 12 ) and from the burner housing ( 13 ) at the lower exhaust gas outlet of the heat exchanger ( 12 ) is removable and
that the fresh air (L) flows through the air supply chamber ( 17 ) from top to bottom and the air side of the heat exchanger ( 12 ) from bottom to top and can be supplied to the burner element ( 11 ) from there via the air intake chamber ( 20 ).
dass der Wärmetauscher (12) ein ringförmiges Wärmetauschergehäuse (29) mit oberem Abgas-Eingang (26) und unterem Abgas-Ausgang (24) mit im Querschnitt rechteckförmigem Innenraum aufweist, in dem eine mäanderförmige gefaltete Metallfolie (16) die Abgasseite und die Luftseite trennt,
dass der Abgas-Eingang (26) und der Abgas-Ausgang (24) des Wärmetauschergehäuses (29) dem Brennergehäuse (13) zugekehrt ist und
dass die Luftseite des Wärmetauschergehäuses (29) einem unteren Luft- Eingang (23) für die aus der Frischluftkammer (17) kommende Frischluft und einen oberen Luft-Ausgang (22) für die vorgewärmte Luft aufweist, der mit der Luftaufnahmekammer (20) in Verbindung steht. 3. recuperator burner according to claim 1 or 2, characterized in
that the heat exchanger ( 12 ) has an annular heat exchanger housing ( 29 ) with an upper exhaust gas inlet ( 26 ) and a lower exhaust gas outlet ( 24 ) with a rectangular cross-section interior, in which a meandering folded metal foil ( 16 ) separates the exhaust gas side and the air side .
that the exhaust gas inlet ( 26 ) and the exhaust gas outlet ( 24 ) of the heat exchanger housing ( 29 ) faces the burner housing ( 13 ) and
that the air side of the heat exchanger housing ( 29 ) has a lower air inlet ( 23 ) for the fresh air coming from the fresh air chamber ( 17 ) and an upper air outlet ( 22 ) for the preheated air, which communicates with the air intake chamber ( 20 ) stands.
dass ein Lüfter (30) die Frischluft (L) einer oberen Luft-Verteilerkammer (18) zentrisch zuführt, die sich über dem Erhitzerkopf (10), dem Brennerelement (11) und dem Wärmetauscher (12) bis zur Luftzuführungskammer (17) erstreckt, und
dass sich die Luftzuführungskammer (17) über eine untere ringförmige Verbindungskammer (19) über den Wärmetauscher (12) erstreckt und mit dem unteren Luft-Eingang (22) der Luftseite des Wärmetauschers (12) in Verbindung steht. 4. recuperator burner according to one of claims 1 to 3, characterized in
that a fan ( 30 ) feeds the fresh air (L) centrally to an upper air distribution chamber ( 18 ) which extends over the heater head ( 10 ), the burner element ( 11 ) and the heat exchanger ( 12 ) to the air supply chamber ( 17 ), and
that the air supply chamber ( 17 ) extends over a lower annular connecting chamber ( 19 ) over the heat exchanger ( 12 ) and communicates with the lower air inlet ( 22 ) on the air side of the heat exchanger ( 12 ).
dass unter dem Brennerelement (11) eine ringförmige Brenngaskammer (27) mit einem Brenngasanschluss (28) angeordnet ist, aus der das Brenngas (BG) vertikalen Kanälen (15) im Brennerelement (11) zuführbar ist, und
dass sich die Brenngaskammer (27) über die untere Stirnseite des Brennerelementes (11) erstreckt. 6. recuperator burner according to one of claims 1 to 5, characterized in
that an annular fuel gas chamber ( 27 ) with a fuel gas connection ( 28 ) is arranged under the burner element ( 11 ), from which the fuel gas (BG) can be fed to vertical channels ( 15 ) in the burner element ( 11 ), and
that the combustion gas chamber ( 27 ) extends over the lower end face of the burner element ( 11 ).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R084 | Declaration of willingness to licence | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |