DE19904924A1 - Brenner, insbesondere für Heizungsanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere für Heizungsanlagen, mit einem Gehäuse, das mit einem Einlaß für ein Gas-Luft-Gemisch als Brennstoff und mit einem Abgas-Auslaß versehen ist und einen Strahlungs- und einen Konvektions-Wärmetauscher aufnimmt, die eine zentrale Aufnahme für ein über den Einlaß gespeistes Brennerelement bilden und von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen sind. Der Wirkungsgrad des Brenners läßt sich bei kleiner Baugröße mit einem einfachen Wärmetauscher dadurch verbessern, daß das Brennerelement als Porenbrenner ausgebildet ist und daß Strahlungs- und Konvektions-Wärmetauscher als Wärmetauscher-Einheit aus gerippten, aneinandergereihten Rohren gebildet sind, die den Porenbrenner mit Ausnahme seiner Einströmseite zum überwiegenden Teil seiner Außenseiten umschließt und für die Abgase durchlässig ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Brenner, insbesondere für Heizungsanlagen, mit ei­ nem Gehäuse, das mit einem Einlaß für ein Gas-Luft-Gemisch als Brennstoff und mit einem Abgas-Auslaß versehen ist und einen Strahlungs- und einen Konvek­ tions-Wärmetauscher aufnimmt, die eine zentrale Aufnahme für ein über den Ein­ laß gespeistes Brennerelement bilden und von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen sind.

Ein derartiger Brenner ist aus DER 9 41 501 U1 bekannt. Bei diesem bekannten Brenner besteht der Wärmetauscher aus einer inneren und einer äußeren Wen­ del. Dabei bildet die innere Wendel gleichzeitig die Aufnahme für das Brenner­ element und dient in erster Linie als Strahlungs-Wärmetauscher, da sie aus glat­ tem Rohr hergestellt ist. Die innere Wendel wird von der äußeren Wendel um­ schlossen die aus geripptem Rohr hergestellt und als Konvektions-Wärme­ tauscher für das aus der offenen Stirnseite der inneren Wendel austretende und zum Abgas-Auslaß strömende Abgas wirkt.

Dieser Aufbau der Einheit aus Strahlungs- und Konvektions-Wärmetauscher, die beide von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen sind, beansprucht einen beachtlichen Raum, insbesondere dann, wenn ein guter Wirkungsgrad erreicht werden soll. Dies bedingt aber eine entsprechende Baugröße für den Brenner.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Brenner der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der bei kleiner Baugröße einen guten Wirkungsgrad aufweist und den­ noch mit einem einfachen kombinierten Strahlungs-/Konvektions-Wärmetauscher versehen werden kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Brennerelement als Porenbrenner ausgebildet ist und daß Strahlungs- und Konvektions-Wärme­ tauscher als Wärmetauscher-Einheit aus gerippten, aneinandergereihten Rohren gebildet sind, die das Porenbrennerelement mit Ausnahme seiner Einströmeite zum überwiegenden Teil seiner Außenseiten umschließt und für die Abgase durchlässig ist.

Der Einsatz eines Porenbrenners bringt einen erhöhten Anteil an Strahlungs­ energie, die zum größten Teil auf die Rohre der umschließenden Wärmetau­ scher-Einheit trifft und aufgenommen wird. Das Abgas passiert ohne Umweg die Wärmetauscher-Einheit und gibt die Wärmeenergie optimal an die gerippten Roh­ re ab, so daß insgesamt bei kleiner Baugröße ein verbesserter Wirkungsgrad in der Wärmeübertragung erzielt wird.

Dabei bildet die Erfindung durchaus die Möglichkeit die Wärmetauscher-Einheit in unterschiedlichem Aufbau zu realisieren.

So ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Wärmetauscher-Einheit aus Strahlungs- und Konvektions-Wärmetauscher einen zylindrischen Porenbrenner mit einer aus einem gerippten Rohr bestehenden Wendel mantelseitig um­ schließt, wobei sich die Wendel über die der Einströmseite gegenüberliegende Außenseite des Porenbrennerelementes hinaus erstreckt und mit den Windungen im Radius abnimmt. Auf diese Weise wird mit der Wendel, die für Abgase durch­ lässig ist, der überwiegende Teil der Außenseite des Porenbrenners umschlos­ sen.

Da der Wickelradius der Wendel nicht beliebig klein gewählt werden kann, sieht eine Weiterbildung vor, daß die der Einströmseite des Porenbrenners abgekehrte offene Stirnseite der Wendel mittels eines Abschlußkörpers verschlossen ist, der ungekühlt oder von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen ist. Die von der freien Stirnseite des Porenbrenners ausgehende Strahlungsenergie trifft dann dennoch auf einen Teil der Wendel und trägt zur Verbesserung des Wirkungs­ grades bei.

Der Aufbau der Wärmetauscher-Einheit kann auch so vorgenommen werden, daß die Wärmetauscher-Einheit aus Strahlungs- und Konvektions-Wärmetauscher einen zylindrischen Porenbrenner mantelseitig umschließt und aus einem min­ destens einlagigen Ring aus gerippten, aneinandergereihten Rohrabschnitten ge­ bildet ist, die von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen sind. Der Ring aus aneinandergereihten, gerippten Rohrabschnitten bietet mit den Rohrober­ flächen einen ausgezeichneten Strahlungs-Wärmetauscher, während die Rippen der Rohre die Durchlässigkeit für die Abgase sicherstellen, so daß die Wärmetau­ scher-Einheit wiederum auch als Konvektions-Wärmetauscher mit gutem Wir­ kungsgrad arbeitet.

Bei großer Brennerleistung kann dabei zusätzlich vorgesehen, sein, daß die Wär­ metauscher-Einheit aus mehreren Ringen von aneinandergereihten, gerippten Rohrabschnitten gebildet ist, wobei die Rohrabschnitte der einzelnen Ringe inein­ ander verschachtelt aneinanderliegen.

Der Wirkungsgrad läßt sich, ohne die Baugröße des Brenners zu vergrößern, nach einer Weiterbildung dadurch noch verbessern, daß die der Einströmseite des Porenbrenners abgekehrte Stirnseite der Wärmetauscher-Einheit aus Strah­ lungs- und Konvektions-Wärmetauscher mittels eines hohlen oder mit Kanälen versehenen Abschlußkörpers verschlossen ist, der ebenfalls von der zu erwär­ menden Flüssigkeit durchflossen ist und als Zusatzspeicher wirkt, da der Anteil der umschlossenen Außenseite des Porenbrenners vergrößert wird.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, daß die Einströmseite des Porenbren­ nerelementes mittels einer Rückschlagsicherung dienenden, porösen Brenner­ platte abgedeckt ist, der über eine Verteilerkammer das Gas-Luft-Gemisch als Brennstoff großflächig zuführbar ist, dann wird ein stabiler Brennvorgang er­ reicht.

Die Rohrabschnitte können in Reihe und/oder parallelgeschaltet werden, damit alle von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen werden.

Der Anteil der im Abgas verbleibenden Schadstoffe läßt sich dadurch beeinflus­ sen, daß die Umfangsfläche der Brennerplatte und ein Teil der anschließenden Mantelfläche des Porenbrenners mittels einer Teilisolierung abgedeckt ist.

Ist der Abschlußkörper auf der dem Porenbrenner zugekehrten Seite mit Rippen versehen, dann wird seine Eigenschaft als Zusatzspeicher verbessert.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungen nä­ her erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Querschnitt einen Brenner mit einer als Wendel ausgebildeten Wärmetauscher-Einheit und

Fig. 2 im Querschnitt einen Brenner mit einer aus gerippten Rohrab­ schnitten gebildeten Wärmetauscher-Einheit.

Wie Fig. 1 zeigt, ist in einem Gehäuse 20 ein zylindrisches Porenbrennerelement 10 eingesetzt, wobei der Einlaß G+L für ein Gas-Luft-Gemisch als Brennstoff über eine Verteilerkammer 12 großflächig einer porösen Brennerplatte 11 als Rückschlagsicherung zugeführt wird. Die Brennerplatte 11 deckt die zugekehrte Stirnseite des zylindrischen Porenbrenners 10 ab, der in an sich bekannter Weise als Drahthohlkörper, Keramikhohlkörper oder dgl. ausgebildet sein kann und für einen stabilen Brennvorgang über einen großen Leistungsbereich sorgt. An dem Gehäuse 20 ist ein Abgas-Auslaß AG angebracht, über den die Abgase den vom Gehäuse 20 umschlossenen Brennraum verlassen.

Das Gehäuse 20 nimmt eine Wärmetauscher-Einheit 15 auf, die die an die Ein­ strömseite des Porenbrennerelementes 10 anschließenden Außenseiten dessel­ ben zum überwiegenden Teil umschließen. Die Wärmetauscher-Einheit 15 ist aus einem gerippten Rohr als Wendel hergestellt, die sich über die der Einströmseite gegenüberliegende Stirnseite des Porenbrenners 10 hinaus erstreckt und mit dem Radius seiner Windungen abnimmt um zumindest einen Teil der freien Stirn­ seite des Porenbrenners 10 zu überdecken. Die letzte Windung der Wendel ist im Radius auf ein durch das Biegen des gerippten Rohres festgelegten Biegeradius begrenzt. Der verbleibende Freiraum wird durch einen Abschlußkörper 16 abge­ schlossen, der ungekühlt oder als Zusatzspeicher von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen sein kann, die auch die Wendel durchströmt, wie mit dem Bezugszeichen KF angegeben ist.

Die Brennerplatte 11 und ein anschließendes Teil der Mantelfläche des zylin­ drischen Porenbrenners 10 ist mittels einer Teilisolierung 13 abgedeckt. Auf diese Weise läßt sich der Ausstoß an Schadstoffen im Abgas AG beeinflussen und reduzieren.

Das Gehäuse 20 ist mit einem Kondensatausgang 18 versehen, über den das sich im Brennerraum mit der Wärmetauscher-Einheit 15 sammelnde Kondensat K abfließen kann.

Die so aufgebaute Wärmetauscher-Einheit 15 läßt sich mit dem Porenbrenner 10 in einem Gehäuse 20 kleiner Baugröße unterbringen. Dabei verringert die Wär­ metauscher-Einheit 15 auf einfache Weise die Funktion des Strahlungs-Wärme­ tauschers an den Rohroberflächen und die Funktion des Konvektions-Wärmetau­ schers im Kontakt des Abgases mit den Rippen und dem Rohr der Wendel, so daß ein ausgezeichneter Wirkungsgrad des Brenners erhalten wird, der auf einen großen Leistungsbereich bis zu einem Verhältnis 1 : 10 ausgedehnt werden kann.

Wie Fig. 2 zeigt, kann unter Beibehaltung des allgemeinen Brenneraufbaues nach Fig. 1 dieselbe Wirkung mit einer Wärmetauscher-Einheit 25 erreicht werden, die aus gerippten Rohrabschnitten aufgebaut ist.

Die Rohrabschnitte bilden mindestens einen Ring um den zylindrischen Poren­ brenner 10 und sind in diesem Ring aneinandergereiht. Falls erforderlich, kön­ nen auch mehrere Ringe die Wärmetauscher-Einheit 25 bilden, wobei die Ringe verschachtelt aneinanderliegen, um die Baugröße klein zu halten. Die zu erwär­ mende Flüssigkeit KF durchfließt alle Rohrabschnitte, die in Reihe und/oder pa­ rallelgeschaltet sein können.

Da die Wärmetauscher-Einheit 25 die der Einströmseite des Porenbrenners 10 abgekehrte Stirnseite durch die Ringe der Rohrabschnitte nicht überdeckt, wird die offene Seite der Wärmetauscher-Einheit 25 mittels eines als Zusatzspeicher wirkenden Abschlußkörpers 14 verschlossen, der hohl oder mit Kanälen verse­ hen ausgebildet und von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen ist.

Der Aufbau des Brenners nach Fig. 2 ist ebenfalls kompakt und raumsparend, weist einen ausgezeichneten Wirkungsgrad auf, wobei dieser und der Leistungs­ bereich durch die Anzahl der Ringe der Wärmetauscher-Einheit 25 beeinflußt werden können. Die gerippten Rohrabschnitte liegen aneinander, lassen aber die Abgase passieren, um die Funktion als Konvektions-Wärmetauscher optimal übernehmen zu können.

Selbstverständlich sind auch noch andere konstruktive Ausgestaltungen für die Wärmetauscher-Einheit denkbar. Entscheidend ist nur, daß die verwendeten gerippten Rohre möglichst die freien Außenseiten des Porenbrenners 10 zum überwiegenden Teil umschließen, für die Strahlung eine große Aufnahmefläche bieten und die Abgase ungehindert passieren lassen.

Claims (10)

1. Brenner, insbesondere für Heizungsanlagen, mit einem Gehäuse, das mit einem Einlaß für ein Gas-Luft-Gemisch als Brennstoff und mit einem Abgas-Auslaß versehen ist und einen Strahlungs- und einen Konvektions-Wärmetauscher aufnimmt, die eine zentrale Aufnahme für ein über den Einlaß gespeistes Brennerelement bilden und von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen sind, dadurch gekennzeichnet,
daß das Brennerelement als Porenbrenner (10) ausgebildet ist und
daß Strahlungs- und Konvektions-Wärmetauscher als Wärmetauscher- Einheit (15, 25) aus gerippten, aneinandergereihten Rohren gebildet sind, die den Porenbrenner (10) mit Ausnahme seiner Einströmseite zum überwiegenden Teil seiner Außenseiten umschließt und für die Abgase (AG) durchlässig ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher-Einheit (15) aus Strahlungs- und Konvek­ tions-Wärmetauscher einen zylindrischen Porenbrenner (10) mit einer aus einem gerippten Rohr bestehenden Wendel mantelseitig um­ schließt, wobei sich die Wendel über die der Einströmseite gegen­ überliegende Stirnseite des Porenbrenners (10) hinaus erstreckt und mit den Windungen im Radius abnimmt (Fig. 1).

3. Brenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einströmseite des Porenbrenners (10) abgekehrte offene Stirnseite der Wendel mittels eines Abschlußkörpers (16) verschlos­ sen ist, der ungekühlt oder von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen ist.

4. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher-Einheit (25) aus Strahlungs- und Konvek­ tions-Wärmetauscher einen zylindrischen Porenbrenner (10) mantel­ seitig umschließt und aus einem mindestens einlagigen Ring aus gerippten, aneinandergereihten Rohrabschnitten gebildet ist, die von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen sind (Fig. 2).

5. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einströmseite des Porenbrenners (10) abgekehrte Stirn­ seite der Wärmetauscher-Einheit (25) aus Strahlungs- und Konvek­ tions-Wärmetauscher mittels eines hohlen oder mit Kanälen ver­ sehenen Abschlußkörpers (14) verschlossen ist, der ebenfalls von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchflossen ist und als Zusatzspeicher wirkt.

6. Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher-Einheit (25) aus mehreren Ringen von anein­ andergereihten, gerippten Rohrabschnitten gebildet ist, wobei die Rohrabschnitte der einzelnen Ringe ineinander verschachtelt aneinan­ derliegen.

7. Brenner nach einem Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmseite des Porenbrenners (10) mittels einer als Rückschlagsicherung dienenden porösen Brennerplatte (11) abge­ deckt ist, der über eine Verteilerkammer (12) das Gas-Luft-Gemisch (G+L) als Brennstoff großflächig zuführbar ist.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrabschnitte der Wärmetauscher-Einheit (25) in Reihe und/oder parallelgeschaltet sind.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche der Brennerplatte (11) und ein Teil der an­ schließenden Mantelfläche des Porenbrenners (10) mittels einer Teil­ isolierung (13) abgedeckt sind.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschlußkörper (14, 16) zumindest auf der dem Poren­ brennert (10) zugekehrten Seite mit Rippen (19) versehen ist.