DE8604050U1 - Vormischgasbrenner - Google Patents

Description

Ooh·. 'Viii ns*nf GmbH u. Co OE 1237

Vormischgasbrenner

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vorini schg asbrenner gemäß dem Oberbegriff des Hauptarispruchs

Solche Vormischgasbrenner sind bekannt, beispielsweise aus der DE OS 22 02 888.

Diese an und für sich sehr stabil und mit gutem Wirkungsgrad brennenden Brenner werden vorzugsweise für Gas-Wasserheizer beziehungsweise Umläufwasserheizer eingesetzt. Im Zuge von Bestrebungen der neueren Zeit, für eine möglichst umweltfreundliche Verbrennung zu sorgen, hat es sich herausgestellt, daß der Anteil an Stickoxyden (NO ) solcher Brenner mitunter zu groß ist, so daß der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, diesem Nachteil abzuhelfen.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß eine

Kühlung des Brenners beziehungsweise des zuströmenden Brenngasiuftqemisches bereits zur Reduzierung dieser Stickoxydbildung ausreicht, und die Erfindung besteht zur Lösung dieser Aufgabe in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Durch die Kühlung ergibt sich der Vorteil, daß die Gas-Luf tmi schungsverhü 1 tnisse in der Brennphase bei heißem Brenner nahezu identisch sind zu denen der Startphase bei kaltem Brenner.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die einige Ausführungsbeispiele anhand der Figuren der Zeichnung naher erläutert.

Es ist zwar bereits aus der DE PS 698 703 bekanntgeworden, einen Vormischgasbrenner zu kühlen, indem unter die Verteilerkammer eine Wasserkammer gelegt wird, der Kühlwasser zugeführt wird, das nach der Erwärmung auch abqeführt wird. Für diese Kühlung kann man das Verbrauchswasser des Erhitzers benutzen. In diesem Stand der Technik findet sich aber kein Hinweis, daß hiermit eine " Stickoxydminimierung beabsichtigt ist, und es ist mit dem Stand der Technik auch nicht möglich, den Brenner selbst zu kühlen, da nur die Verteilerkammer gekühlt wird. Beim

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Stand der Technik geht es mehr darum, die vom Brenner erzeugte Wärme weitestgehend auf das aufzuheizende Wasstr zu übertragen.

Es zei gen :

Figur eins eine Seitenansicht eines Vormischgasbrenners,

Figuren zwei bis fünf Varianten des oberen Abschlusses der Brennerkatnmer,

Figur sechs eine Ansicht auf die Brennerkammer von oben,

f Figur sieben eine weitere Variante für den oberen Ab-

f Schluß der Brennerkammer,

Figur acht eine Ansicht auf den Gesamtbrenner von oben,

Figur neun eine Ansicht des Brenners mit aufgesetztem Wärmetauscher,

Figur zehn eine Variante des Brenners in Ansicht von oben ,

Figur elf eine andere Ausführungsmöglichkeit des Brenners mit aufgesetztem Wärmetauscher,

Figur zwölf eine Variante zu Figur elf,

Figur dreizehn eine weitere Ausf iihrungsmögli chkei t des oberen Abschlusses der Brennerkammer,

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Figur vierzehn einen Brenner mit aufgesetztem Wasserheizer und

Figur fünfzehn ein Detail der Fiqur vierzehn in einer I Ansicht von oben. '

In allen fünfzehn Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Ein atmosphärischer Vormischgasbrenner 1 für einen Was- ί

serheiizer 2 - es kann sich auch um einen Gab läsegasbren - :

ner handeln - (Figur neun) oder einen Umlaufwasserheizer 3 (Figur elf) gemäß Figur eins mit einem Mischkanäle 4 aufweisenden Blechteil 5, das über Befestigungselemente ί

6, 7, 8, 9 an einem Gaszuführunqsrohr 10 justierbar befestigt ist. Das Gasrohr weist eine Vielzahl von Gasdüsen 11 auf, die in die Mischkanäle 4 unter Freilassung eines Abstandes 12 Gas einblasen und infolge der Ausbildung der Mischkanä Ie als Venturidüse Primärluft aus dem Spalt 12 mitreißen. Die Mischkanäle sind hierbei als Halbeinprägung in beiden Blechteilen 5 eingeprägt, so daß sie bei Aufeinander1aqe der Blechteile sich zu vollständigen im Querschnitt kreisförmigen Mischkanälen ergänzen. Die Blechteile 5 sind längs des Randes 13 verschweißt. Die Bereiche H zwischen den Mischkanälen sind plan ausgebildet, in diesen Bereichen greifen die ßefestigungsteiIe in Form von Stutzen 7 und Schrauben ' .-»n, die die Befesti-

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gung übernehmen, während die Justierteile 8 und 9 für die exakte Lageausrichtunq sorgen, damit jedem Mischkanal exakt eine Düse zugeordnet ist. Die Auslässe 15 sämtlicher Mischkanäle 4 münden in eine gemeinsame Verteilerkammer 16, die von Wänden 17 umgeben ist, in denen

Brennerkammern 18 gleitend befestigt sind. Die §

Brennerkammern sind als Höh 1blechkörper ausgebildet, die an ihrer Oberseite, also den Mischkanälen abgewandt, Plattenbereiche 19 aufweisen, die mit Brenngemisch-Austrittsöffnungen 20 versehen sind. Es ist hierbei gleichgültig, ob die Platten 19 als gesonderte Platten auf die Seitenwände der Vertei1erkammer auf-oder eingesetzt sind oder ob die Verteilerkammer als mehrfach abgekantetes Blechbauteil gebildet ist, so dab der Plattenbereich unmittelbar Teil des Bauteils der Brennerkammer ist. Jede einzelne Brennerkammer ist an wenigstens einer Wandseite mit einer Ein- oder Ausprägung 21 versehen, in der ein ein Kühlmittel führendes Rohr 22 wärmeleitend gelagert ist. Die Form der Prägung und die Rohre und das Kühlmittel gehen aus den weiteren Figuren genauer hervor.

So zeigen zunächst die Figuren zwei bis vier das Rohr 22, das Kreisquerschnitt aufweist, wobei sich die Außen-Peripherie 23 exakt an die Innenkontur 24 der Einprägung 21 anlegt. Die Brenngemisch-Austrittsöffnungen sind durch Schlitzungen dargestellt, wobei der eine oder andere Steg

zwischen Schlitzungen U-förmig als Bügel 25 nach oben oder unten gedruckt ist. Die Wand 17 der Brennerkammpr besteht aus zwei im Abstand senkrecht stehenden Wandbereichen 26 sowie dem rechtwinklig und waagerecht hierzu liegenden Plattenbereich 19. Im obersten Bereich der senkrechten Wandteile 26 sind zwei .Schirmbleche 27 beiderseits angepunktet, die mit ihren oberen Enden in den Bereich der Brenngemisch-Austrittssch 1itze ragen, bei austretendem Brenngemisch für Wirbelbildung und damit für Haftflammenbereiche sorgen. Während beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur zwei die Einprägung 21 entgegen der F lammenaustrittsrichtung aus der Platte 19 gerichtet ist und das Kühlrohr auf der Oberseite der Platte angeordnet ist, ist beiii Au führungsbeispie I gemäß Figur drei die Einprägung entgegengesetzt gerichtet, also in Richtung der entstehenden Flamme. D3S Kühlrohr 22 ist aus dem Flammenbereich herausgenommen und in den Innenraum 2d der Brennerkammer 18 verlegt. Die Wirkung ist in beiden Fällen die gleiche, es wird nämlich sowohl die an der Flammenwurzel liegende Warirl der Brennerkammer gekühlt als auch das durch diese gekühlte Wand hindurchstreichende Gasluftgemi sch.

Die Ausführungsform gemäß Figur vier lehrt, daß auch die Platte selbst und die Form der Brenngemisch-Austrittsschlitze variiert werden können. Die Platte ist grund-

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-7-ί Ι *:: Γ'ίίί

sätzlich eben, während die Bügel 25 nebeneinander angeordnet sind. Die Bügel können übrigens bei allen Ausführungsbeispielen auch in den Innenraum 28 der Brennerkammer hineingedrückt sein. Die Brenngemisch-Austrittsschlitze können auch durch einfache Schlitze mit rechteckigem, quadratischem oder rundem Querschnitt ausgeführt sein. Die Einprägung 21 ist von dem Plattenbereich 19 in die senkrechten Wandbereicne 25 verlegt, führt aber hier zum gleichen Kühleffekt. Längs der Beiden Seitenwandungen 26 erstreckt sich je ein Kühlrohr 22, beide können miteinander verbunden sein und strömungsmäßig für das Kühlmittel parallel oder in Serie liegen.

Bei den Ausführunqsvarianten gemäß Figuren zwei bis vier kann das Rohr 22 an die Einprägung entweder angelegt oder angedrückt oder mit ihr stoff sch 1üssig durch Löten oder Kleben verbunden sein.

Die Figur fünf zeigt eine Ausf üiirung sf orm, bei der das Rohr durch einen quer durch die Seitenwandbereiche 26 gasteckten Stift 29 gehalten wird. Die Brenngemisch-Austrittsschlitze sind hier als einfache Schlitze gebildet. Sämtliche Details der Ausf iihrung sbe i sp ie 1 e der Figuren zwei bis fünf können miteinander vertauscht werden. So könnte auch bei oben auf der Platte· liegendem Rohr (Figur zwei) der Haltestift 29 durch die Wirbelbleche 27 gelegt

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sein und so das Rohr 22 an der Oberseite der Platte 19 in die Einprägunq 2.1 eindrücken. Eine andere Variante zeigt die Figur sieben, bei der die Brennerkainmer 18 so gestal- |

tet ist, daß die Platte 19 V-ähnlich gestaltet ist. Die \

Platte 19 besteht aus zwei schrägstehenden Bereichen 30, die an die Innenseite 31 beider Seitenwände 26 angeschweißt sind. In den schrägstehenden Bereichen 30 sind eine Vielzahl parallel zueinander liegende Schlitze 32 I

vorgesehen, die die Brenngeini sch-Aus tri ttsschl i tze bil- 1

den. Ober die Schwei i'istel len 33 an den Seitenwänden 26 setzt sich der V-förmige Einsatz 19 fort und bildet dort unmittelbar die Wirbelbleche 27, die den Randbereich der |

Schlitze 32 abdecken. Am vorderen und hinteren Ende sowie i

im Mittenbereich der Brennerkammer qemäß Figur sieben sind zwei Präqungen 34 vorgesehen, in denen der V-förmige Bereich unterbrochen ist und die öffnungen 35 aufweisen,

durch die der Stift 29 gesteckt ist, der gleichermaßen '

durch die Seitenwandbereiche 26 gesteckt ist. Die genaue IJ

Ausführungsform hierzu zeigt die Figur acht, aus der ^H deutlich die Laqe der drei Stifte 29 ersichtlich wird. Es

geht hieraus auch hervor, daß das Rohr 22 als mehrglie- i

driae Rohrschlange ausgebildet ist und daß sämtliche I

Rohrbereiche 22 der einzelnen Brennerkammern, hier fünf Stück, für das Kühlmittel im Rohr 22 hydraulisch in Serie liegen. Die gezeichneten fünf Brennerkammern bilden als

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Ganzer- einen Rostbrenner, der für eine gleichmäßige Erwärmung des über ihm angeordneten Wärmetauschers 3G, vergleiche Figur neun, sorgt.

Der Gas-Wasserhei2ev gemäß Figur neun weist den untenliegenden Vormischbrenner 1 auf, der hier drei Mischkanäle 4 aufweist, die gemeinsam in die Verteilerkammer 16 ihr Gas 1uftgemisch einblasen. Die Oberseite dieser Vertei1erkammer ist durch eine Vielzahl von Brennerkammerή 18 abgeschlossen, die die Plattenbereiche 19 aufweisen und dort die ßrenngasl uf tgeini sch-Austri ttsöff nungen 20 aufweisen. Die Oberseiten der einzelnen Platten 19 sind mit Einprägungen in Richtung auf den Brenner 1 versehen. In die E i nprägiingen sind die einzelnen Rohre 22 eingelegt und durch die über ihren liegenden Stifte 29 in die Einprägungen gedrückt. Für jede Brennerkammer ist ein einzelnes in ihrer Mitte verlaufendes Kühlrohr 22 vorgesehen, sämtliche Ein- und Auslässe der Kühlrohre sind an Kühlmitte 1 sammler 37 und 38 angeschlossen. Oberhalb des Vormischbrenners 1 erstreckt sich die Brennkammer 39 des Wasserheizers, die nach oben vom Wärmetauscher 36, nach unten vom Brenner abgedeckt ist. Seitlich ist die Brennkammer durch Wände 40 und 41 begrenzt, die sich nach oben unter Bildung eines Abgassammelraums 42 fortsetzen und in ein Abgasabführungsrohr 43 übergehen. Der Wärmetauscher 36 ist von einem Brauch-

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Wasserrohr 44 durchsetzt. Es besteht nun die Möglichkeit, das speisende Kaltwassernetz mit dem Sammler 38 zu verbinden, so daß das Wasser gemäß dem Pfeil 45 einströmt. Das in den Sammler eintretende Wasser durchströmt hydraulisch parallel samtliche Kühlrohre 22 und tritt in den änderen Sammler 37 ein und aus ihm in Richtung des Pfeils 46 aus. Vom Sammler 37 kann ein nicht dargestelltes Rohr 2 ü ΠΙ 8 Γ ά ü C h W 5 S 5 G Γ Γ ö h Γ 44 f ü μ Γ δ Γι , ά Γι υ e S S 5 Π α Γι u 6 Γ 6 ΓΠ Ende das Warmwasser-Zapfventi 1 angeordnet ist. Somit wird Unterkühlung der thermisch höchstbelasteten Teile des Brenners bei Erwärmung des zufließenden Brauchwassers dieses in den Rohren 22 in einer ersten geringen Stufe aufgeheizt und anschließend auf die gewünschte Brauchwassertemperatur durch den Wärmetauscher 36 gebracht.

Das Gasrohr 10 steht mit einer Gaszuleitung 47 in Verbindung, in der ein Gas-Steuerventi1 48 angeordnet ist. Es besteht hier die Möglichkeit, den Gasdurchsatz durch das Ventil 48 nach Maßgabe des V/asserdurchsatzes durch die Rohre 22 und den Wärmetauscher 36 zu steuern, beispielsweise mit einer Proportionalsteuerung. Es soll noch erwähnt werden, daß die Rohre 22 zwar ihrerseits parallel, aber auch unter sich in Serie liegen können, diese Rohre 22 aber nicht in Serie mit dem Wärmetauscher 36 liegen müssen, sondern parallel oder teilweise parallel in Serie mit ihm liegen.

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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur elf handelt es sich um einen Umlaufwasserheizer, bei dem der Wärmetauscher 36 an eine Vorlauf IeItung 50 und eine Rück laufleitung 51 angeschlossen ist, wobei in letzterer eine Umwälzpumpe 52 vorgesehen ist. Im Verzweigungspunkt 53 der Rücklaufleitiirg 51 zweigt einmal sine Rohrleitung 54 ab, die zum Wärmetauscher 36 führt und anschließend über einen Verbraucher 55 zurückführt zum Rück laufstutzen özr Pumpe 52. Eiife abzweigende Leitung 56 führt zur Parallel- oder Serienschaltung oder ParalIeI-Serienschaltung der Rohre 22 im Vormischbrenner 1. Eine Rück 1 aufleitung 57 zu den Rohren 22 des Brenners 1 führt unter Umgehung des Wärmetauschers 36 unmittelbar zum Rück 1 aufansch1uß der Pumpe 52. V/ i e das Au sf ührunq sbe i sp iel gemäß Figur elf noch zeigt, kann die Zahl der Mischkanälü, hier vier, variiert werden, die alle in die Gas-Gemischvertei1 kammer 16 einblasen. Damit kann auch die Länge der Brennerkammern 18 variiert werden, und damit wird auch die Länge der Rohre 22 geändert.

Die Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur zwölf liegt darin, daß die Wände 40 und 41, gegebenenfalls der gesamte Wandumfang, durch eine als Wärmetauscher wirkende Rohrschlange 58 von außen gekühlt werden. Diese Wärmetauscher-Rohrschlange ist in einem weiteren Verzweigungspunkt 59 an die Rück lauf leitung 51 angeschlossen, und

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zwar stromab der Pumpe und stromab der ersten Verzweigung 53. Die Verbrennungskammer-Kühlrohrsch1ange 58 liegt hydraulisch parallel am Hauptwärmetauscher 36.

Bei den bislang erwähnten Kühlmöglichkeiten der Wandung

beziehungsweise Wandungen oder auch der Gesamtheit aller

Wandungen der Brennerkammer wurde bislang Wasser in Er-

wägunq gezogen, weil mit dem dem Brenner zugeordneten

Wärmetauscher ohnehin Wasser erwärmt werden soll. Handelt \

es sich beispielsweise aber um ein Gerät, was unmittelbar j,

einer Luftheizung zugeordnet ist, so besteht auch die Möglichkeit, die Rohre 22 statt mit Wasser mit Luft zu

beschicken. Die Möglichkeit besteht übrigens auch bei |

einem Wasserheizer. Wird von Luft als Kühlmedium Gebrauch i

gemacht, so kann man in einer ersten Stufe die Luft bei ]

einer Luftheizung unter Kühlunq des Brenners aufheizen und anschließend im Hauptwärmetauscher. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die zur Verbrennung benötigte Luft bei einem Luftheizer oder Wasserheizer durch Wännetausch am Brenner vorzuheizen und dann dem Gas beizumischen. An ein solches AusfüMrungsbeispiel ist im Rahmen der Figur dreizehn gedacht. Hier ist noch eine weitere vorteilhafte AusfUhrungsform insoweit vorgenommen worden, als daß die Platte 19, die hier eigentlich nicht mehr als Platte angesprochen v/erden kann, so geformt ist, daß sie das Luftkühlrohr 2? selbst unmittelbar Mldet. Da hier Platte

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und Luftkiihl rohr durch dasselbe Bauteil gebildet werden, ist natürlich ein bedeutend besserer Wärneübergang aus der Platte in das Kühlmittel gegeben, als dies bei einem gesonderten Rohr der Fall sein kann. Außerdem ragt das Rohr weit in den Innenbereich 28 der Brennerkammer hinein, so daß das anströmende Gas 1uftqemisch gut gekühlt wird, bevor es überhaupt erst durch die Schlitze 32 austritt. Die eigentliche Platte 19 ist hier auf die Außenwände 60 der Brennerkammer aufgesetzt und dort verschweißt. Auf die abgeknickten Bereiche 61 der Platte 19 sind ihrerseits die Wirbelbleche 27 aufgesetzt, die die Endbereiche der Schlitze 32 abdecken. Dadurch daß der Rohrbereich 22 der Platte weit nach innen gezogen ist, ist die Platte dennoch als solche wieder ansprechbar. Bei der Verwendung von Luft als Kühlmittel kommt es nicht |

darauf an, ob die Abd ichtiinqsstel Ie 62 luftdicht ist oder nicht ganz. So kann die Platte 19 als einfaches Blechprägeteil hergestellt werden. Benutzt man demgemäß Luft | als Kühlmittel, so reicht es, die Oichtstelle 62 durch Anei nander 1 etjen der hier zusammentreffenden Bereiche der Platte 19 darzustellen, wird Wasser verwendet, so müßt« der Bereich 62 durchgelötet werden. Insofern ist diese Ausführungsform auch bei einem Wasserheizer anwendbar.

Die Figuren vierzehn und fünfzehn zeigen schließlich einen Wasserheizer mit luftgekühltem Brenner, da hier ein-

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zelne Mischkanäle unter baulich erheblich abweichender Gestaltung gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figuren eins, neun oder elf Hegend ausgebildet sind und ihren Anfang in einer Kammer 63 nehmen, von deren Innenraum 64 sie ausgehen. Das Gasztifuhrrohr 10 liegt im Innenraum 64 und ist mit den Düsen 11 versehen, die in die Mischkanäle einblasen. Der Innenraum 64 steht, über die Kühlrohre 22 mit acr Außenatmosohäre in Verbindung. Bei einer prismatischen Ausführung des Wasserheizers ist auf der einen Seite 41 das Gehäuse 63 angeordnet, an der gegenüberliegenden Stelle hii-gegen alle von der Atmosphäre her ausgehenden Enden 65 der Rohre 22. Diese Ausführungsform hat den großen Vorteil, daß die Primä'rluft durch das Gehäuse 53 kanalisiert und über eine nicht dargestellte Klappe im Sinne einer Anpassung an die stbchiometrisehen Verbrennung sgegebenhe i ten eingestellt werden kann. Durch eine oder mehrere Luftzuführungsöffnungen im Rahmen der Seiten 40 und 41 der Verbrennungskammer kann der Sekundär-Verbrennungs1uftzu tri11 in die Verbrennungskammer auch gesteuert v/erden, und zwar auch im Sinne einer stöchiometrisehen Verbrennung.

Das Wesentliche und Gemeinsame ailer Ausführungsbeispiele ist, daß insbesondere die thermisch höchstbelasteten Teile des Brenners, der auch noch ganz anders ausgeführt sein kann als in den geschilderten AusfUhrungsbeispiel en ,

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durch ein Rohr unter Zuleitung von Kühlmittel gekühlt v/erden, wobei das Kühlmittel bevorzugt ein solches ist, v/as anschließend thermisch gewinnbringend verwendet wird, also ein aufzuheizendes Medium oder ohnehin gebrauchte Verbrennung sluft.

Claims (1)

1. Joh . Vai1lant GmbH u. Co DE 1237

   11,0186

   Ansprüche

   Vormischgasbrenner, insbesondere atmosphärische Vormischgasbrenner, mit einer Gasdüse, einem
   Mischkanal sowie einer sich an den Kanalstrom
   an'yChl * sßenden mit Wänden versehenen Verteilerkammer, die in einer Wand Brenngemisch-Austrittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (19, 26) mit einer Einptägung (21) versehen ist, in der wärmeleitend ein kühlmittel durchs trnmtes Rohr (22) gelagert ist.

   Vormischgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägung auf der Außenseite der Wand vorgesehen ist.

   Vormischgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einprägung im Innenraum

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   (28) der Wand vorgesehen ist.

   4. Vormischgasbrenner nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr (22) mittels eines Haltestiftes (29) in die Einprägung gedrückt ist.

   5. Vormi schci asbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift unmittelbar in Löchern der Verbrennungskammer (18) gelagert ist.

   6. Vormischgasbrenner nach einem aer Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beheizung eines Wasserheizers die Kühlrohre vom aufzuheizenden Wasser durchströmt sind.

   7. Vormischgasbrenner nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daii bei einem Lufterhitzer die Kühlrohre (22) von der vom Lufterhitzer zu erheizenden Luft durchströmt s i nd .

   8. Vormischqasbrenner nach einem der Ansprüche bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wasserheizer die Kühlrohre (22) von vorzuwärmender Verbrennungsluft durchströmt sind.

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   9. Vormischgasbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet» daß die Einprägung (21) selbst unmittelbar das Kühlrohr (22) § bildet. r

   10. Voritii schgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch ge- !

   kennzeichnet, daß das Kühlrohr (22) unmittelbar - j

   zwischen zwei Reihen von Brenngasluftgemisch- |

   Austrittsschiitzen (22) angeordnet ist. |