DE19730313C1 - Gaswärmegerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gaswärmegerät mit mindestens einem Gasbrenner in einem Verbrennungsraum, der eine Abgasführung aufweist.

Gaswärmegeräte dieser Art findet man auf dem Markt in Form von Gasboilern zur Warmwasserbereitung, von Gasheizgeräten, insbesondere von Heizkesseln, sowie in Form von Gaskochgeräten der in den Fig. 1 und 1A dargestellten Art.

Diese bekannten Gaskochgeräte besitzen einen plattenförmigen Formkörper 1 aus sprödbrüchigem Material, insbesondere eine Glaskeramikplatte als Kochfläche mit mehreren Kochzonen 2, unterhalb deren jeweils im vorgegebenen Abstand "d" Gasstrahlungsbrenner 3 angeordnet sind, bei denen das zusammen mit Primärluft zugeführte Gas an der Oberfläche einer aus poröser Keramik bestehenden Brennerplatte verbrannt wird. Die Gasstrahlungsbrenner 3 sind dabei in ein Isolationsformteil 4 eingebettet, das weiterhin eine Abluftkanalanordnung 5 zum Abführen der heißen Abgase aufweist, die in einen Abgasaustritt 6 am Gerät einmündet, der mit einer Gitterblende abgedeckt ist und daher auch als Ausblasgitter bezeichnet wird.

An derartige Gaskochgeräte, wie sie z. B. in der DE 43 26 945 C2 beschrieben werden, wendet sich die Erfindung bevorzugt, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Bei der Konstruktion von Gaswärmegeräten treten bei ungünstigen geometrischen Bedingungen bei der Gestaltung der Gaszuführungsleitungen und/oder der Abgasabführungen teilweise um ein Mehrfaches erhöhte CO- Emissionen auf.

Der Grund für diese erhöhten Abgasemissionen liegt in einem Effekt, der als "Quenching" bekannt ist. Wenn eine noch nicht vollständig ausgebildete Verbrennung an einer kalten Fläche oder an einem kalten Luftstrom "abgeschreckt" wird, dann werden die zu einer optimalen Verbrennung notwendigen Mindesttemperaturen nicht erreicht und es entsteht "thermisches Kohlenmonoxid".

Dieser Effekt ist z. B. der Grund dafür, daß bei der Konstruktion eines Gaskochgerätes der in Fig. 1 beschriebenen Art die strahlende Brenneroberfläche der Gasstrahlungsbrenner zu der darüber liegenden Kochfeldplatte 1 einen Mindestabstand haben sollte. In der Praxis hat sich dabei ein Abstand von größer als 15 mm bewährt.

Eine andere Möglichkeit für die Entstehung von erhöhten CO-Emissionen liegt in einer ungünstigen Dimensionierung der Abgasabführungen. An diese Problematik wendet sich die Erfindung, wobei die zugehörigen Sachzusammenhänge anhand der Fig. 2A und 2B am Beispiel der Abgasabführung eines Gaskochgerätes nach Fig. 1 beschrieben werden sollen.

Wird der Abgasquerschnitt des Abgaskanals 5 zu eng und dazu strömungsungünstig ausgelegt, dann ist die Geschwindigkeit des abströmenden Abgases 7 so hoch, daß sich im Abgaskanal 5 ein Geschwindigkeitsprofil ausbildet. In der Mitte des Kanals ist, wie anhand der Länge der Pfeile in Fig. 2A dargestellt, die Geschwindigkeit am größten und nimmt zum Rand hin ab. Dieser Effekt ist aus der Literatur bekannt und wird in der Physik als "Strömung an glatten Rohren" oder auch als "boundery layer effect" beschrieben. Dieses Phänomen führt nun dazu, daß sich in den Randbereichen des Abgaskanales 5 Bereiche mit Unterdruck ausbilden, die, wie in Fig. 2A dargestellt, die kalte Luft 8 aus der Umgebung des Kochgerätes nachströmen lassen. Diese kalte Luft strömt nun fast bis zum Entstehungsort der Emission, d. h. bis zum der Kochzone 2 zugeordneten Gasstrahlungsbrenner selbst. Dabei bilden sich an den Grenzschichten von abströmendem heißen Abgas 7 und zuströmender kalter Luft 8 in den Randbereichen des Abgaskanals 5 die vorgenannten hohen CO-Emissionen, wie in Fig. 2B anhand eines CO-Profils dargestellt. In dieser Darstellung ist die CO-Emission über die Breite des Abgaskanales 5 dargestellt und man erkennt deutlich die in den Randbereichen erhöhten CO-Emissionen.

In der Praxis werden solche erhöhten Abgasemissionen entweder hingenommen, weil sie in den meisten Fällen unter die in den Normen beschriebenen Grenzwerte fallen, oder die Geometrien der Abgaskanäle 5 sind so dimensioniert, daß die Strömungsgeschwindigkeit der abströmenden Abgase ausreichend gering ist, meist noch in Kombination mit abgerundeten Ecken des Kanals, um eine möglichst homogen anliegende Strömung zu erreichen. Eine derartige Ausführungsform ist, in Anlehnung an die Darstellung der Fig. 2B, in der Fig. 3 dargestellt. Das Emissionsdiagramm nach dieser Fig. 3 zeigt zwar, daß gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 2B in den Randbereichen die CO-Emission abgenommen hat, jedoch ist durch die Ausführung mit dem verbreiterten Abgaskanal mit abgerundeten Ecken keine kompakte Bauweise des Gerätes mehr zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Lösung in der Abgasabführung bereitzustellen, die es ermöglicht, die durch die vorstehend beschriebenen Effekte induzierten CO-Emissionen deutlich zu reduzieren und dabei eine kompakte Bauweise des Gaswärmegerätes zu gewährleisten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß in der Abgasabführung des Gaswärmegerätes der eingangs genannten Art mindestens ein das Strömungsprofil der Abgasströmung vergleichmäßigendes strömungstechnisches Bauelement angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Gaswärmegerätes kann kaum noch kalte Umgebungsluft nachströmen. Die sich dadurch ergebenden CO- Emissionen liegen damit um 50 bis 70% niedriger als ohne die erfindungsgemäße Maßnahme.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das strömungstechnische Bauelement ein Verwirbelungsgitter, welches sich über den gesamten Querschnitt der Abgasabführung erstreckt und eine Maschenweite aufweist, die eine optimale Verwirbelung gewährleistet. Diese Weiterbildung erlaubt eine konstruktiv sehr einfache Lösung für das erfindungsgemäße Gaswärmegerät.

Vorzugsweise besteht das Verwirbelungsgitter aus hochtemperaturbeständigem Stahlblech mit einer ausreichend geringen Maschenweite, um eine optimale Verwirbelung zu gewährleisten. Dabei liegt die Rastergröße vorzugsweise im Bereich von 1 bis 2 mm bei einer Strangdicke im Bereich von 0,2-0,5 mm. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt eine einfache und dauerhafte konstruktive Lösung mit einem hohen Maß an Verwirbelung.

Je nach Wahl und Einbaubedingungen hinsichtlich des Gaswärmegerätes sind verschiedene Ausführungsformen für das Verwirbelungsgitter möglich.

Gemäß einer ersten Ausführungsform sowie einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verwirbelungsgitter plattenförmig ausgebildet und diagonal quer über den Querschnitt der Abgasabführung von deren einen zu deren anderen Seite angeordnet. Dabei kann das plattenförmige Verwirbelungsgitter entweder so angeordnet werden, daß es sich von der einen Seite der Abgasabführung diagonal zu deren anderen Seite wegerstreckt oder daß es sich von der anderen Seite der Abgasabführung diagonal zu deren einen Seite wegerstreckt. Bei anderen Einbaubedingungen ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Verwirbelungsgitter mit einem parabelscheitelförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasabführung angeordnet, daß sich der Parabelscheitel von dem Gasbrenner wegerstreckt.

Bei einer anderen Einbaubedingung ist es zweckmäßig, wenn das Verwirbelungsgitter mit einem wellenförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasabführung angeordnet ist, daß sich Wellental und Wellenberg quer zur Abgasabführung erstrecken.

Bei anderen Einbaubedingungen kann es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig sein, wenn das Verwirbelungsgitter mit einem kreisbogensegmentförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasabführung angeordnet ist, daß sich der Scheitel des Kreisbogens vom Gasbrenner wegerstreckt.

Anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Draufsicht auf einen konventionellen Gaskochherd mit unterhalb einer Glaskeramik-Kochfeldplatte angeordneten Gasstrahlungsbrennern,

Fig. 1A eine Querschnittsansicht entsprechend der Schnittlinie in Fig. 1,

Fig. 2A einen vergrößerten Ausschnitt aus der Draufsicht nach Fig. 1 mit Darstellung der Abgasströmung und der zuströmenden Kaltluft,

Fig. 2B eine Darstellung entsprechend Fig. 2A mit Darstellung der CO- Emission über die Breite des Abgaskanales,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2B, jedoch mit einem verbreiterten Abgaskanal mit abgerundeten Ecken,

Fig. 4 in einer Darstellungsart entsprechend der Fig. 2A ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gaswärmegerätes mit einem im Abgaskanal angeordneten Verwirbelungsgitter, welches mit einem parabelscheitelförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in dem Abgaskanal angeordnet ist, daß sich der Parabelscheitel von dem Gasbrenner wegerstreckt,

Fig. 4A in einer Darstellungsart entsprechend Fig. 3 die Abgasemission über die Breite des Abgaskanales bei der Ausführungsform nach Fig. 4,

Fig. 5 in einer Prinzipdarstellung die Struktur des in den Abgaskanal einbaubaren Verwirbelungsbleches, welches je nach Einbaubedingungen in verschiedene geometrische Formen biegbar ist,

Fig. 6 in drei Ansichten A, B und C drei weitere Ausführungsformen für die geometrische Form des Verwirbelungsbleches alternativ zu der parabelförmigen Struktur nach Fig. 4, und

Fig. 7 in einer Darstellungsart entsprechend der Fig. 4A in den Unterdarstellungen A, B, C, D, E verschiedene Ausführungsformen des Verwirbelungsgitters und deren Auswirkung auf die CO-Emission anhand eines zugehörigen CO- Profils über die Breite des Abgaskanales.

Die Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gaswärmegerätes nach Fig. 1 entsprechend der Darstellungsart nach Fig. 2A. Dabei sind gleiche Bauelemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Gemäß der Erfindung ist in der Abgasabführung 5, dem Abgaskanal, ein Verwirbelungsgitter 9 vorgesehen, das in dieser Ausführungsform mit einem parabelscheitelförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in dem Abgaskanal 5 angeordnet ist, daß es sich über den gesamten Querschnitt des Abgaskanales erstreckt sowie sich der Parabelscheitel von dem Gasbrenner 3, der sich unterhalb der Kochzone 2 befindet, wegerstreckt. Wie man anhand der Darstellung der Fig. 4 erkennt, tritt durch das Verwirbelungsgitter eine Verwirbelung der Abgasströmung ein, wodurch sich das Strömungsprofil der Abgasströmung vergleichmäßigt und somit kaum noch kalte Umgebungsluft nachströmen kann. Wie anhand der Darstellung nach Fig. 4A, die ein Emissionsprofil entsprechend den Fig. 2B und 3 zeigt, zu erkennen ist, ist durch Anwendung des Verwirbelungsbleches 9 die CO-Emission in den Randbereichen deutlich verringert.

In Fig. 5 ist in einer Prinzipdarstellung das Verwirbelungsgitter 9 dargestellt, das vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Stahlblech mit einer Rastergröße von ca. 1 bis 2 mm und einer Strangdicke im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm besteht.

Das Verwirbelungsgitter gemäß Fig. 5 kann auf verschiedene Weise geometrisch gebogen sein. Alternativ zu der Parabelform nach Fig. 4 kann das Verwirbelungsblech gemäß Fig. 6, Darstellung A, plattenförmig ausgebildet sein und sich diagonal quer über den Querschnitt der Abgasabführung von deren einen zu deren anderen Seite erstrecken.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 6, Darstellung B, kann das Verwirbelungsgitter auch mit einem kreisbogensegmentförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasführung angeordnet sein, daß sich der Scheitel des Kreisbogens vom Gasbrenner wegerstreckt.

Gemäß der Fig. 6, Darstellung C, kann das Verwirbelungsgitter mit einem wellenförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasabführung angeordnet sein, daß sich Wellental und Wellenberg quer zur Abgasabführung erstrecken.

Die verschiedenen Anordnungsmöglichkeiten vorgenannter Ausführungsformen sind in der Fig. 7 mit dem zugehörigen CO-Profil über die Kanalbreite dargestellt. In der Darstellung A der Fig. 7 ist die bekannte Version der Abgasführung ohne ein Verwirbelungsgitter dargestellt. Man erkennt in dem zugehörigen CO-Profil die hohen Emissionswerte von CO, die im linken Ast des CO-Profils besonders hoch sind, weil diese Seite des Abgaskanales der (linken) Außenseite des Gaskochgerätes nach Fig. 1 zugeordnet ist.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 7B und C hat das Verwirbelungsgitter 9 eine lineare geometrische Konfiguration nach Fig. 6A. Dabei erstreckt sich in der Ausführungsform B das lineare, plattenförmige Verwirbelungsblech 9 von der rechten Seite der Abgasführung diagonal weg zu deren anderen Seite. Bei der Ausführungsform nach Figur C ist es gerade umgekehrt; hier erstreckt sich das Verwirbelungsgitter von der linken Seite der Abgasabführung diagonal weg zu der rechten Kanalseite. Wie man an den zugehörigen CO-Profilen erkennt, sind dabei diese CO-Profile durchaus unterschiedlich.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7D liegt ein parabelförmig oder kreisförmig gebogenes Verwirbelungsgitter 9 gemäß Fig. 4 bzw. Fig. 6, Darstellung B, vor.

Die Fig. 7E zeigt die Anordnung eines entsprechend der Fig. 6C gebogenen Verwirbelungsbleches mit dem zugehörigen CO-Profil.

Wie man anhand der Darstellungen nach Fig. 7 vergleichend feststellen kann, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung eines sich quer über den gesamten Querschnitt der Abgasführung erstreckenden Verwirbelungsgitters 9 eine deutlich niedrigere CO-Emission erzielt, die um 50 bis 70% niedriger als ohne diese Maßnahme liegt. Dabei wird durch die Ausführungsform nach Fig. 7D mit dem parabelförmig oder kreisbogensegmentförmigen Verwirbelungsgitter das optimalste CO-Profil erzielt.

Aufgrund der Darstellungen in Fig. 7 lassen sich je nach Wahl und Einbaubedingungen die für ein gegebenes Gaswärmegerät-System optimalen CO-Profile gestalten.

Claims (9)

1. Gaswärmegerät mit mindestens einem Gasbrenner (3) in einem Verbrennungsraum, der eine Abgasabführung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abgasabführung (5) mindestens ein das Strömungsprofil der Abgasströmung vergleichmäßigendes strömungstechnisches Bauelement (9) angeordet ist.

2. Gaswärmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das strömungstechnische Bauelement ein Verwirbelungsgitter (9) ist, das sich über den gesamten Querschnitt der Abgasabführung (5) erstreckt und eine Maschenweite aufweist, die eine optimale Verwirbelung der Abgase gewährleistet.

3. Gaswärmegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsgitter (9) aus einem hochtemperaturfesten Stahlblech gebildet ist, mit einer Rastergröße im Bereich von 1 bis 2 mm und einer Strangdicke im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm.

4. Gaswärmegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsgitter (9) plattenförmig ausgebildet ist und diagonal quer über den Querschnitt der Abgasabführung (5) von deren einen zu deren anderen Seite angeordnet ist (Fig. 6A).

5. Gaswärmegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsgitter (9) so angeordnet ist, daß es sich von der einen Seite der Abgasabführung (5) diagonal zu deren anderen Seite wegerstreckt (Fig. 7B).

6. Gaswärmegerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsgitter (9) so angeordnet ist, daß es sich von der anderen Seite der Abgasabführung (5) diagonal zu deren einen Seite wegerstreckt (Fig. 7C).

7. Gaswärmegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsgitter (9) mit einem parabelscheitelförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasabführung (5) angeordnet ist, daß sich der Parabelscheitel von dem Gasbrenner (3) wegerstreckt (Fig. 4).

8. Gaswärmegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsgitter (9) mit einem wellenförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasabführung (5) angeordnet ist, daß sich Wellental und Wellenberg quer zur Abgasabführung erstrecken (Fig. 6C).

9. Gaswärmegerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verwirbelungsgitter (9) mit einem kreisbogensegmentförmigen Querschnitt gebogen ausgebildet und so in der Abgasabführung (5) angeordnet ist, daß sich der Scheitel des Kreisbogens vom Gasbrenner (3) wegerstreckt (Fig. 6B).