DE4445460A1

DE4445460A1 - Gas burners for heating devices, in particular water heaters

Info

Publication number: DE4445460A1
Application number: DE4445460A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Ing Daniel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-06-27
Also published as: KR980700540A; CN1171150A; EP0796412A1; JPH10510912A; CZ189897A3; EP0796412B1; WO1996019698A1; DE59509357D1; RU2150637C1

Abstract

The invention relates to a gas burner for heaters having a cooled burner plate with a plurality of channels for the passage of the pressurised fuel-air mixture which reacts in the region of the openings in the channels on the combustion chamber side to generate a flame. The proposal is for the wall of the burner plate (24, 40, 44, 52, 68) on the combustion chamber side to be given a stepped structure so that there are defined contact surfaces (38) between the flame seats against the burner plate and the edges (32, 34) of the openings of the channels (30, 58) extending over the peak regions of the flame seats even against or in their side regions. This cools the flame well so that the surface load on the burner can be high while remaining within predetermined NOx limits.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von Gasbrennern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Gasbrennern dieser Gattung (EP 0 404 260 A1) sind die Kanäle in der Brennerplatte zwischen einzelnen Plattenelementen gebildet, deren brennraumseitige Randkanten allesamt in einer gemeinsamen Austrittsebene liegen. Bei dieser Ausführung berühren die Flammenwurzeln die Brennerplatte nur mit ihren Scheitelbereichen, so daß ein die Flammen kühlender Wärmeabfluß über die Brennerplatte in das wärmeabführende Medium nur in einem begrenzten Umfang möglich ist. Das schränkt auch das Bestreben nach einer möglichst großen Flächenbelastung des Brenners ein, wenn die Flammentemperatur nicht in einen bezüglich der NO_x-Bildung schädlichen Bereich ansteigen soll.The invention is based on gas burners according to the preamble of the main claim. In known gas burners of this type (EP 0 404 260 A1), the channels in the burner plate are formed between individual plate elements, the edges of which on the combustion chamber side all lie in a common exit plane. In this embodiment, the flame roots only touch the burner plate with their apex regions, so that a heat flow that cools the flames via the burner plate into the heat-dissipating medium is only possible to a limited extent. This also restricts the effort for the burner to have as large a surface load as possible if the flame temperature is not to rise to an area which is harmful with respect to the formation of NO _x .

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Flammen in ihrem Wurzelbereich über eine definierte, sich über den Scheitelbereich hinaus erstreckende Fläche so gekühlt werden, daß auch höhere Flächenbelastungen des Brenners beziehungsweise der Brennerplatte möglich sind, ohne daß sich unzulässig hohe NO_x-Werte ergeben.The arrangement according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the flames are cooled in their root area over a defined area extending beyond the apex area so that even higher surface loads of the burner or the burner plate are possible without result in impermissibly high NO _x values.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments of the subject of Main claim possible.

Eine einfache, bei Wärmetauschern in Wassererhitzern bewährte Ausführung ergibt sich, wenn die Brennerplatte aus Blechrippen aufgebaut ist, die durch ein vom wärmeableitenden Medium durchströmtes Kühlrohrsystem miteinander verbunden sind und zwischen sich die Kanäle beziehungsweise Spalte für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches begrenzen.A simple one for heat exchangers in water heaters proven design results when the burner plate is out Sheet metal ribs is built up by one of the cooling pipe system through which heat-dissipating medium flows are interconnected and the channels between them or column for the passage of the Limit fuel-air mixture.

Bei dieser bewährten Ausführung ist es besonders vorteilhaft, wenn die brennraumseitigen Ränder von bestimmten Blechrippen gegenüber den brennraumseitigen Rändern der anderen Blechrippen zurückversetzt sind. Dadurch wird eine besonders ausgeprägte Strukturierung der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte erreicht, bei welcher die Flammenwurzeln über größere Seitenbereiche an benachbarten Blechrippen anliegen und daher besonders gut gekühlt werden.It is special with this proven design advantageous if the edges on the combustion chamber side of certain sheet metal fins compared to the combustion chamber side Edges of the other sheet metal ribs are set back. Thereby is a particularly pronounced structuring of the Wall of the burner plate on the combustion chamber side is reached which the flame roots on larger side areas adjacent sheet metal ribs and therefore particularly good be cooled.

Die ausgeprägte Strukturierung der Brennerplatte kann dadurch erreicht werden, daß jeweils zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen eine zurückversetzte beziehungsweise gekürzte Blechrippe vorgesehen wird. Bei Versuchen hat sich eine Ausführung als besonders vorteilhaft herausgestellt, bei welcher jeweils zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen zwei kürzere Blechrippen nebeneinanderliegend angeordnet sind. The distinctive structuring of the burner plate can can be achieved by not between two set back sheet metal ribs a set back or shortened sheet metal rib is provided. At An execution has proven to be particularly advantageous pointed out, in which between two not set back sheet metal ribs two shorter sheet metal ribs are arranged side by side.

Bei der Ausbildung der Kanäle in der Brennerplatte ist darauf zu achten, daß sie mindestens über einen Längsabschnitt eine Breite beziehungsweise einen Durchmesser haben, die beziehungsweise der kleiner als der sogenannte Löschabstand ist, damit die Flammen nicht zurückschlagen können. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, daß an der Einströmseite der Brennerplatte ein Lochblech beziehungsweise eine Gitterstruktur vorgesehen ist, dessen Öffnungsdurchmesser beziehungsweise deren Maschenweite kleiner als der Rippenabstand ist.In the formation of the channels in the burner plate is make sure that they have at least one Longitudinal section a width or a diameter have the or the smaller than the so-called Extinguishing distance is so that the flames do not fight back can. For this purpose it is proposed that at the A perforated plate on the inflow side of the burner plate or a lattice structure is provided, the Opening diameter or their mesh size is smaller than the rib spacing.

Anstelle einer den Rippenrohrwärmetauschern von Wassererhitzern nachgebildeten Ausführung einer Brennerplatte kann diese auch aus einer mit Zuströmbohrungen versehenen, mit dem wärmeableitenden Rohrsystem verbundenen Grundplatte und einer Vielzahl von auf der Grundplatte befestigten Stiften bestehen, die zwischen sich die Kanäle für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches bilden.Instead of one of the finned tube heat exchangers from Model of a water heater model Burner plate can also be made from an inflow hole provided, connected to the heat-dissipating pipe system Base plate and a variety of on the base plate attached pins are made between the channels form for the passage of the fuel-air mixture.

Ferner kann die Brennerplatte aus einer Wabenstruktur und einer damit verbundenen Grundplatte bestehen, die mit dem wärmeableitenden Rohrsystem verbunden und mit in die Kanäle der Wabenstruktur einmündenden Zuströmbohrungen versehen ist. Zur stärkeren Strukturierung der brennraumseitigen Wand der Wabenstruktur wird vorgeschlagen, diese durch verkürzte Einsätze in den Einzelwaben gestuft auszubilden.Furthermore, the burner plate can consist of a honeycomb structure and an associated base plate exist with the heat-dissipating pipe system connected and in the channels the inflow holes opening into the honeycomb structure is. For stronger structuring of the wall on the combustion chamber side the honeycomb structure is suggested, this by shortened To train inserts in the individual honeycombs.

Der Bildung von schädlichen NO_x-Emissionen kann weiter entgegengewirkt werden, wenn die Wände der Kanäle für das durchströmende Brennstoff-Luftgemisch mindestens im Bereich ihrer brennraumseitigen Endabschnitte katalytisch beschichtet sind. In diesem Fall ist die Brennerplatte durch entsprechende Bemessung beziehungsweise Werkstoffwahl so auszulegen, daß sich eine Oberflächentemperatur von ca. 600°C ergibt. Der Start eines solchen katalytischen Brenners erfolgt in konventioneller Weise mit an den Rippen- beziehungsweise Wabenenden frei brennenden Flammen. Nach Erwärmung der Brennerplatte auf die Betriebstemperatur der Katalysatorbeschichtung ziehen sich die Flammen in den katalytisch wirksamen Bereich zurück.The formation of harmful NO _x emissions can be further counteracted if the walls of the channels for the fuel-air mixture flowing through are catalytically coated at least in the region of their end sections on the combustion chamber side. In this case, the burner plate must be designed by appropriate dimensioning or material selection so that the surface temperature is approximately 600 ° C. Such a catalytic burner is started in a conventional manner with flames burning freely at the fin or honeycomb ends. After the burner plate has been heated to the operating temperature of the catalyst coating, the flames withdraw into the catalytically active region.

Wenn der Gasbrenner als Heizquelle für einen Wassererhitzer bestimmt ist, kann vorteilhaft das mit der Brennerplatte wärmeleitend verbundene Rohrsystem vom aufzuheizenden Wasser durchströmt sein und das Rohrsystem mit der Brennerplatte eine Wärmetauschereinheit des Wassererhitzers bilden. In diesem Fall kann ein von den Verbrennungsgasen des Gasbrenners beaufschlagter Wärmetauscher kleiner als bei einer Ausführung mit ungekühltem Brenner ausgeführt werden.If the gas burner as a heat source for a water heater is determined, can be advantageous with the burner plate Pipe system of the water to be heated connected in a heat-conducting manner be flowed through and the pipe system with the burner plate form a heat exchanger unit of the water heater. In In this case, one of the combustion gases of the Gas burner's heat exchanger is smaller than at a version with uncooled burner.

drawing

Drei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenThree exemplary embodiments are schematic in the drawing shown and in the following description explained. Show it

Fig. 1 einen Wassererhitzer mit einem Gasbrenner nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 vergrößert die Brennerplatte des Gasbrenners nach Fig. 1 und die Fig. 3 und 4 je eine Abwandlung der Brennerplatte nach Fig. 2. In den Fig. 5 und 6 sind die Brennerplatten gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel dargestellt. Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf die Brennerplatte nach Fig. 6. Fig. 1 shows a water heater with a gas burner according to the first embodiment, Fig. 2 enlarges the burner plate of the gas burner of FIG. 1 and FIGS. 3 and 4 each show a modification of the burner plate according to Fig. 2. In Figs. 5 and 6 are the burner plates according to the second and third embodiment shown. FIG. 7 shows a top view of the burner plate according to FIG. 6.

Description of the embodiments

Der Wassererhitzer nach Fig. 1 hat in einem Gehäuse 10 einen Gasbrenner 12, dem ein Brennstoff-Luftgemisch unter Gebläsedruck in Richtung des Pfeiles A zugeführt ist. Stromab des Gasbrenners 12 sitzt im Gehäuse 10 ein Abgaswärmetauscher 14, der von einem Rohrsystem 16 durchsetzt ist, welches das zu erhitzende Wasser führt. Das Rohrsystem 16 ist über eine Leitung 18 mit einem zweiten Rohrsystem 20 verbunden, das in den Gasbrenner 12 integriert ist. Stromab des Gasbrenners 12 ist eine Zündeinrichtung 22 zum Inbetriebsetzen der Heizung am Gehäuse 10 befestigt.The water heater according to FIG. 1 has a gas burner 12 in a housing 10 , to which a fuel-air mixture is supplied under blower pressure in the direction of arrow A. Downstream of the gas burner 12 , an exhaust gas heat exchanger 14 is seated in the housing 10 and is penetrated by a pipe system 16 which carries the water to be heated. The pipe system 16 is connected via a line 18 to a second pipe system 20 which is integrated in the gas burner 12 . An ignition device 22 for starting the heater is attached to the housing 10 downstream of the gas burner 12 .

Der Gasbrenner 12 hat eine Brennerplatte 24, die aus unterschiedlich langen Blechrippen 26, 28 (Fig. 2) aufgebaut ist. Die Blechrippen 26, 28 stehen in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Rohrsystem 20 und sind durch dieses zu einer starren Baueinheit verbunden. Zwischen den Blechrippen 26, 28 sind Spalte 30 für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches gebildet. Die Breite a der Spalte 30 ist kleiner als der sogenannte Löschabstand bemessen, so daß Flammen nicht in die Brennerplatte 24 beziehungsweise in eine gegebenenfalls davorliegende Mischzone zurückschlagen können.The gas burner 12 has a burner plate 24 which is constructed from sheet metal ribs 26 , 28 of different lengths ( FIG. 2). The sheet metal fins 26 , 28 are in good heat-conducting contact with the pipe system 20 and are connected by this to form a rigid structural unit. Gaps 30 for the passage of the fuel-air mixture are formed between the sheet metal fins 26 , 28 . The width a of the column 30 is smaller than the so-called extinguishing distance, so that flames cannot strike back into the burner plate 24 or into a mixing zone which may be in front of it.

Die Brennerplatte 24 ist so gestaltet, daß die kürzeren Blechrippen 28 jeweils zwischen zwei längeren Blechrippen 26 stehen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die brennraumseitigen Ränder 32 der kürzeren Blechrippen 28 gegenüber den Rändern 34 der längeren Blechrippen 26 zurückgesetzt sind. Dadurch ergibt sich an der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte 24 eine stark gestufte Oberflächenstrukturierung mit breiten Zwischenräumen 36, die seitlich durch Wandbereiche 38 der längeren Blechrippen 26 begrenzt sind.The burner plate 24 is designed so that the shorter sheet metal ribs 28 are each between two longer sheet metal ribs 26 . The arrangement is such that the edges 32 of the shorter sheet metal ribs 28 on the combustion chamber side are set back relative to the edges 34 of the longer sheet metal ribs 26 . This results in a strongly stepped surface structuring on the combustion chamber side wall of the burner plate 24 with wide gaps 36 which are laterally delimited by wall regions 38 of the longer sheet metal ribs 26 .

Nach dem Zünden des Brenners reagiert das Gemisch zwischen beziehungsweise an den stromab liegenden Rändern 32, 34 der Blechrippen 26, 28 unter Flammenbildung, wobei Reaktionswärme aus den Flammenwurzeln über die Blechrippen 26, 28 an das aufzuheizende Wasser im Rohrsystem 20 gelangt. Die Flammenwurzeln werden hierbei besonders gut gekühlt, weil sie auch Seitenberührung mit den Wandbereichen 38 der Blechrippen 26 haben. Die beider Reaktion an der Brennerplatte 24 entstehenden Verbrennungsgase strömen durch den Abgaswärmetauscher 14, wo sie Wärme an das aufzuheizende Wasser im Rohrsystem 16 abgeben. Die abgewandelte Ausführung nach Fig. 3 ist eine Brennerplatte 40, bei welcher jeweils zwei verkürzte Blechrippen 28 zwischen den längeren Blechrippen 26 angeordnet sind. Dadurch ergeben sich noch breitere Zwischenräume 42, welche die brennraumseitige Wand der Brennerplatte 40 besonders stark strukturieren.After the burner has been ignited, the mixture reacts between or at the downstream edges 32 , 34 of the sheet metal fins 26 , 28 to form flames, heat of reaction from the flame roots reaching the water to be heated in the pipe system 20 via the sheet metal fins 26 , 28 . The flame roots are cooled particularly well here because they also have side contact with the wall areas 38 of the sheet metal fins 26 . The combustion gases formed in the two reactions on the burner plate 24 flow through the exhaust gas heat exchanger 14 , where they give off heat to the water to be heated in the pipe system 16 . The modified embodiment of FIG. 3 is a burner plate 40, in which in each case two truncated plate fins 28 arranged between the longer plate ribs 26. This results in even wider spaces 42 , which structure the wall of the burner plate 40 on the combustion chamber side particularly strongly.

Bei der abgewandelten Ausführung nach Fig. 4 ist eine Brennerplatte 44 aus unterschiedlichen langen Blechrippen 46, 48 aufgebaut, die durch das kühlende Rohrsystem 20 starr miteinander verbunden und deren brennraumseitigen Endabschnitte katalytisch beschichtet sind. Auf der Eingangsseite ist die Brennerplatte 44 mit einer Gitterstruktur 50 versehen, deren Maschenweite kleiner als die Breite der Spalte zwischen den Blechrippen 46, 48 ist. Die Wärmeleitfähigkeit der Blechrippen 46, 48 ist durch Bemessung und/oder Werkstoffwahl so auf die Brennerleistung abgestimmt, daß sich ihre Oberflächentemperatur auf zum Beispiel 600°C einstellt. An den Blechrippen 46, 48 findet eine katalytische Verbrennung statt, bei der im Vergleich zu einer unbeschichteten Ausführung die Bildung von Schadstoffen noch weiter reduziert ist.In the modified embodiment of FIG. 4, a burner plate is composed of different long plate fins 46, 48 44, rigidly connected to each other through the cooling pipe system 20 and its combustion chamber-side end portions are catalytically coated. On the input side, the burner plate 44 is provided with a lattice structure 50 , the mesh size of which is smaller than the width of the gap between the sheet metal ribs 46 , 48 . The thermal conductivity of the sheet metal fins 46 , 48 is matched to the burner output by dimensioning and / or choice of material in such a way that its surface temperature is set at, for example, 600 ° C. A catalytic combustion takes place on the sheet metal fins 46 , 48 , in which the formation of pollutants is further reduced compared to an uncoated version.

Der Start des Brenners erfolgt in konventioneller Weise mit einer an den brennraumseitigen Enden der Blechrippen 46, 48 frei brennenden Flamme. Nach Erwärmung der Blechrippen 46, 48 auf die Betriebstemperatur der Katalysatorbeschichtung zieht sich die Flamme in den katalytisch wirksamen Bereich der Brennerplatte 44 zurück.The burner is started in a conventional manner with a flame burning freely at the ends of the sheet metal fins 46 , 48 on the combustion chamber side. After the sheet metal fins 46 , 48 have been heated to the operating temperature of the catalyst coating, the flame withdraws into the catalytically active region of the burner plate 44 .

In Fig. 5 ist eine Brennerplatte 52 mit ungleichlangen Stiften 54, 56 bestückt, die zwischen sich Kanäle 58 für den Durchtritt des Brennstoff-Luftgemisches und brennraumseitig breitere Zwischenräume 60 für die umfassende Berührung der Flammenwurzeln bilden. Die Stifte 54, 56 sind an einer Grundplatte 62 befestigt, die mit engen Zuströmbohrungen 64 für das Brennstoff-Luftgemisch versehen ist und gleichzeitig eine wärmeleitende Verbindung zu einem Wasser führenden Rohrsystem 66 herstellt, das sich beispielsweise mäanderförmig über die Fläche der Grundplatte 62 erstreckt.In Fig. 5 is a burner plate 52 with unequally long pins 54, fitted 56 which define between them channels 58 for the passage of the fuel-air mixture and combustion chamber side wider gaps 60 for the full contact of the flame roots. The pins 54 , 56 are fastened to a base plate 62 which is provided with narrow inflow bores 64 for the fuel-air mixture and at the same time establishes a heat-conducting connection to a water-carrying pipe system 66 which extends, for example, in a meandering manner over the surface of the base plate 62 .

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 und 7 unterscheidet sich vom vorbeschriebenen dadurch, daß eine Brennerplatte 68 aus der mit dem Rohrsystem 66 verbundenen Grundplatte 62 und einer daran befestigten Wabenstruktur 70 besteht. Diese ist aus sechseckigen, spaltlos aneinander anliegenden Einzelwaben 72 gebildet, in deren Hohlräume die Zuströmbohrungen 64 der Grundplatte 62 einmünden. Zur stärkeren Strukturierung der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte 68 können, wie in den Fig. 6 und 7 rechts dargestellt ist, die Hohlräume der Einzelwaben 72 oder eines Teils der Einzelwaben 72 durch an der Grundplatte 62 befestigte, vorzugsweise ebenfalls wabenförmige Einsätze 74 verengt sein, die kürzer als die Einzelwaben 72 ausgeführt sind und eine Stufung der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte bewirken.The exemplary embodiment according to FIGS. 6 and 7 differs from the one described above in that a burner plate 68 consists of the base plate 62 connected to the pipe system 66 and a honeycomb structure 70 attached to it. This is formed from hexagonal, non-gaping individual honeycombs 72 , into the cavities of which the inflow holes 64 of the base plate 62 open. For greater structuring of the wall of the burner plate 68 on the combustion chamber side, as shown in FIGS . 6 and 7 on the right, the cavities of the individual honeycombs 72 or a part of the individual honeycombs 72 can be narrowed by preferably also honeycomb-shaped inserts 74 fastened to the base plate 62 , which are shorter than the individual honeycombs 72 and cause a gradation of the wall of the burner plate on the combustion chamber side.

Claims

1.Gas burner for heating devices, in particular water heaters, with a burner plate which has a multiplicity of channels for the passage of a fuel / air mixture supplied under blower pressure, which heats up to ignition temperature at the burner plate and reacts in the region of the openings of the channels on the combustion chamber with the formation of flames, and further with means for cooling the burner plate and limiting the flame temperature to values at which the NO _x emissions of the burner do not exceed predetermined limits, characterized in that the wall of the burner plate ( 24 , 40 , 44 , 52 , 68 ) on the combustion chamber side is so graded In a structured manner, there are defined contact surfaces ( 38 ) between the flame roots resting on the burner plate and the mouth edges ( 32 , 34 ) of the channels ( 30 , 58 ), which also extend against the apex areas of the flame roots, or in their side areas extend.

2. Gas burner according to claim 1, characterized in that the burner plate ( 24 , 40 , 44 ) is constructed from sheet metal fins ( 26 , 28 , 46 , 48 ) which are connected to one another by a cooling pipe system ( 20 ) through which the heat-dissipating medium flows and between the channels or gaps ( 30 ) for the passage of the fuel-air mixture are limited.

3. Gas burner according to claim 2, characterized in that the combustion chamber side edges ( 32 ) of certain sheet metal ribs ( 28 , 48 ) with respect to the combustion chamber side edges ( 34 ) of the other sheet metal ribs ( 26 , 46 ) are set back.

4. Gas burner according to claim 3, characterized in that between two non-recessed sheet metal ribs ( 26 , 46 ) two shorter sheet metal ribs ( 28 , 48 ) are arranged side by side.

5. Gas burner according to one of the preceding claims, characterized in that a grid structure or a perforated plate ( 50 , 62 ) is provided on the inflow side of the burner plate ( 44 , 52 , 68 ), the mesh size or the opening diameter of which is smaller than the rib spacing.

6. Gas burner according to claim 1, characterized in that the burner plate ( 52 ) from a with inflow bores ( 64 ) provided with the heat-dissipating pipe system ( 66 ) connected base plate ( 62 ) and a plurality of pins ( 54 , 56 ), which form between them the channels ( 58 ) for the passage of the fuel-air mixture.

7. Gas burner according to claim 1, characterized in that the burner plate ( 68 ) consists of a honeycomb structure ( 70 ) and an associated base plate ( 62 ) which is connected to the heat-dissipating pipe system ( 66 ) and with in the channels of the honeycomb structure ( 70 ) flowing inlet bores ( 64 ) is provided.

8. Gas burner according to claim 7, characterized in that the combustion chamber-side wall of the honeycomb structure ( 70 ) is formed in stages by shortened inserts ( 74 ) in the individual honeycombs ( 72 ).

9. Gas burner according to one of the preceding claims, characterized in that the walls of the channels for the fuel-air mixture flowing through at least in the area their combustion chamber-side end sections catalytically are coated.