DE8604053U1 - Vormischgasbrenner - Google Patents

Description

Ooh. Vaillant GmbH u. Co GM 561

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V or mi schgasbrenhp. r

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Vormischgasbrenner gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

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 UmI aufwasserheizer 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

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Kühlung des Brenners beziehungsweise des zuströmenden Brenngasluftgemisches 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 Vorteils daß die Gas-Luftmischungsverhältnisse in der Brennphase bei heißem Brenner nahezu identisch sind zu denen der Start= phase 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 näher 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 abgeführt 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 Wasser zu übertragen.

Es zei gen :

figur eins eine Seitenansicht eines Vormischgasbrenners,

Figuren zwei bis fünf Varianten des oberen Abschlusses d^r Brennerkammer,

Figur sechs eine Ansicht auf die Brennerkammer von oben,

Figur sieben eine weitere Variante für den oberen Abschluß 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 Ausführungsmöglichkeit des oberen Abschlusses der Brennerkammer,

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Figur vierzehn einen Brenner mit aufgesetztem Wasserheizer und

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

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

Ein atmosphärischer Vormischgasbrenner 1 für einen Wasserheizer 2 - es kann sich auch um einen Gebläsegasbrenner handeln - (Figur neun) oder einen Umlaufwasserheizer 3 (Figur elf) gemäß Figur eins mit einem Mischkanäle 4 aufweisenden Blechteil 5, das über Befestigungselemente 6, 7, 8, 9 an einem Gaszuführungsrohr 10 justierbar befestigt ist. Das Gasrohr we*st eine Vielzahl von Gasdüsen 11 auf, die in die Mischkanäle 4 unter Freilassung eines Abstandes 12 Gas einblasen und infolge der Ausbildung der Mischkanäle als Venturidüse Primärluft aus dem Spalt 12 mitreißen. Die Mischkanäle sind hierbei als Halbeinprägung in beiden Blechteilen 5 eingeprägt, so daß sie bei Aufeinanderlage der Blechteile sich zu vollständigen im Querschnitt kreisförmigen Mischkanälen ergänzen. Die Blechteile 5 sind längs des Randes 13 verschweißt. Die Bereiche 14 zwischen den Mischkanälen sind plan ausgebildet, in diesen Bereichen greifen die Befestigungsteile in Form von Stutzen 7 und Schraube ;·· an, die die Befesti-

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gung übernehmen, während die Justierteile 8 und 9 für die exakte Lageausrichtung 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 Hohl blechkörper ausgebildet, di.^r an ihrer Oberseite, also de.i 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 Verteilerkammer auf-oder eingesetzt sind oder ob die Verteilerkammer als mehrfach abgekantetes Blechbauteil gebildet ist, so daß 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 Kreisquersehnitt aufweist, wobei sich die Außenperipherie 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 gedrückt ist. Die Wand 17 der Brennerkammer besteht aus zwei im Abstand senkrecht stehenden Wandbereichen 26 sowie dem rechtwinklig und waagerecht hierzu liegenden Plattenbereich 19. Im obersten Bereich der senkrechten Waridteile 26 sind zwei Schirmbleche 27 beiderseits angepunktet, die mit ihren oberen Enden in den Bereich der Brenngemisch-Austritts sch!itze ragen, bei austretendem Brenngemisch für Wirbelbildung und damit für Haftflammenbereiche sorgen. Während beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur zwei die Einprägung 21 entgegen der Flammenaustrittsrichtung aus der Platte 19 gerichtet ist und das Kühlrohr auf der Oberseite der Platte angeordnet ist, ist b-^jim f.usf ühr ungsbei spie 1 gemäß Figur drei die Einprägung entgegengesetzt gerichtet, also in Richtung der entstehenden Flamme. Das Kühlrohr 22 ist aus dem Flammenbereich herausgenommen und in den Innenraum 28 der Brennerkammer 18 verlegt. Die Wirkung ist in beiden Fällen die gleiche, es wird nämlich sowohl die an der Flammenwurzel liegende Wand der Brennerkammer gekühlt als auch das durch diese gekühlte Wand hindurchstreichende Gas 1uftgemisch .

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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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 Piattenbereich 19 in die senkrechten Wandbereiche 26 verlegt, führt aber hier zum gleichen Kühleffekt. Längs der beiden Seitenwandungen 26 erstreckt sich je ein Kühlrohr 22, beide können miteinander verbund'-n sein und strömungsmäßig für das Kühlmittel parallel oder in Serie liegen.

Bei den Ausführungsvarianten gemäß Figuren zwei bis vier kann das Rohr 22 an die Einprägung entweder angelegt oder angedrückt oder mit ihr stoffschlüssig durch Löten oder Kleben verbunden sein.

Die Figur fünf zeigt eine Ausführungsform, bei der das Rohr durch einen quer durch die Seitenwandbereiche 26 gesteckten Stift 29 gehalten wird. Die Brenngemisch-Austrittsschlitze sind hier als einfache Schlitze gebildet. Sämtliche Details der Ausführungsbeispiele 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 Einprägung 21 eindrücken. Eine andere Variante zeigt die Figur sieben, bei der die Brenner kammer 18 so gestaltet ist, daß die Platte 19 V-ähnlich gestaltet ist. Die k 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 vorgesehen, die die Brenngerni sch-Austri ttsschl itze bil- ; den. über die Schweißstellen 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 \ im Mittenbereich der Brennerkammer gemäß Figur sieben sind zwei Prägungen 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 Ausführungsform hierzu zeigt die Figur acht, aus der deutlich die Lage der drei Stifte 29 ersichtlich wird. Es geht hieraus auch hervor, daß das Rohr 22 als mehrgliedrige Rohrschlange ausgebildet ist und daß sämtliche

Rohrbereiche 22 der einzelnen Brennerkammern, hier fünf |

Ϊ Stück, für das Kühlmittel im Rohr 22 hydraulisch in Serie ζ

liegen. Die gezeichneten fünf Brennerkammern bilden als

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Ganzes einen Rostbrenner, der für eine gleichmäßige Erwärmung des über ihm angeordneten Wärmetauschers 36, vergleiche Figur neun, sorgt.

Der Gas-Wasserheizer gemäß Figur neun weist den untenliegenden Vormischbrenner 1 auf, der hier drei Mischkanäle 4 aufweist, die gemeinsam in die Verteilerkammer 16 ihr Gasluftgemisch einblasen. Die Oberseite dieser Verteilerkammer ist durch eine Vielzahl von Brennerkammern 18 abgeschlossen, die die Plattenbereiche 19 aufweisen und dort die Brenngasluftgemisch-Austrittsöffnungen 20 aufweisen. Die Oberseiten der einzelnen Platten 19 sind mit Einprägungen in Richtung auf den Brenner 1 versehen. In die Einprägungen sind die einzelnen Rohre 22 eingelegt und durch die über ihren liegenden Stifte 29 in die Ein^ Prägungen gedrückt. Für jede Brennerkammer ist ein einzelnes in ihrer Mitte verlaufendes Kühlrohr 22 vorgesehen, sämtliche Ein- und Auslässe der Kühlrohre sind an Kühlmittelsammler 37 und 38 angeschlossen. Ober- j halb 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 be-

grenzt, die sich nach oben unter Bildung eines Abgas- |

sammelraums 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 verbinJen, so daß das Wasser gemäß dem Pfeil 45 einströmt. Das in den Sammler eintretende Wasser durchströmt hydraulisch parallel sämtliche Kühlrohre 22 und tritt in den anderen Sammler 37 ein und aus ihm in Richtung des Pfeils 46 aus. Vom Sammler 37 kann ein nicht dargestelltes Rohr zum 5raucbW533errchr 44 führen» an dessen anderem Ende das Warmwasser-Zapfventi1 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 Brauch*· Wassertemperatur durch den Wärmetauscher 36 gebracht.

Das Gasrohr 10 steht mit einer Gaszuleitung 47 in Verbindung, in der ein Gas-Steuerventil 48 angeordnet ist. Es besteht hier die Möglichkeit, den Gasdurchsatz durch das Ventil 48 nach Maßgabe des Wasserdurchsatzes 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 Ausf iihrungsbei spie ι gemäß Figur elf handelt es sich um einen Umlaufwasserheizer, bei dem der Wärmetauscher an eine Vorlaufleitung 50 und eine Rück lauf leitung 51 angeschlossen ist, wobei in letzterer eine Umwälzpumpe 52 vorgesehen ist. Im Verzweigungspunkt 53 der Rück lauflei* tung 51 zweigt einmal eine Rohrleitung 54 ab_s die Zum Wärmetauscher 35 führt und anschließend über einen Verbraucher 55 zurückführt zum Rück laufstutzen der Pumpe Line abzweigende Leitung 56 führt zur Parallel- oder Serienschaltung oder ParalIeI-Serienschaltung der Rohre 22 im Vormischbrenner 1. Eine Rück laufleitung 57 zu den Rohren 22 des Brenners 1 führt unter Umgehung des Wärmetauschers 36 unmittelbar zum Rück laufanschluß der Pumpe 52. Wie das Ausführungsbeispiel gemäß Figur elf noch zeigt, kann die Zahl der Mischkanäle, hier vier, variiert werden, die alle in die Gas-Gemischvertei1 kammer 16 einblasen. Damit kann auch die Länge der Br°nr>erkammern 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 Rücklaufleitung 51 angeschlossen, und

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zwar stromab der Pumpe und stromab der ersten Verzweigung 53. Dio Verbrennungskammer-Kiihl rohrschlange 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 Erwägung gezogen, weil mit dem dem Brenner zugeordneten Wärmetauscher ohnehin Wasser erwärmt werden soll. Handelt es sich beispielsweise eber um ein Gerät, was unmittelbar 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 gemacht, so kann man in einer ersten Stufe die Luft bei einer Luftheizung unter Kühlung des Brenners aufheizen und anschließend im Hauptwärmetauscher. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die zur Verbrennung benötigte Luft bei einem Luftheizer oder Wasserheizer durch Wärmetausch am Brenner vorzuheizen und dann dem Gas beizumischen. An ein solches Ausführungsbeispiel ist im Rahmen der Figur dreizehn gedacht. Hier ist noch eine weitere vorteilhafte Ausführungsform insoweit vorgenommen worden, als daß die Platte 19, die hier eigentlich nicht mehr als Platte angesprochen werden kann, so geformt ist, daß sie das Luftkühlrohr 22 selbst unmittel»..· bildet. Da hier Platte

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und Luftkühlrohr durch dasselbe Bauteil gebildet werden, ist natürlich ein bedeutend besserer Wärmeübergang aus I

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 Gasluftgemisch gut gekühlt 1; wird, bevor es überhaupt erst durch die Schlitze 32 § austritt. Die eigentliche Platte 19 ist hier auf die S 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 Abdichtungsstelle 62 luftdicht ist oder

I nicht ganz. So kann die Platte 19 als einfaches Blech- >

j prägeteil hergestellt werden. Benutzt man demgemäß Luft j

als Kühlmittel, so reicht es, die Dicht5telle 62 durch Aneinanderlegen der hier zusammentreffenden Bereiche der Platte 19 darzustellen, wird Wasser verwendet, so müßte 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 aoweichender Gestaltung gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Figuren eins, neun oder elf liegend ausgebildet sind und ihren Anfang in einer Kammer 63 nehmen, von deren Innenraum 64 sie ausgehen. Das Gaszufuhrrohr 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 der Außenatmosphäre in Verbindung. Bei einer prismatischen Ausführung des Wasserheizers ist auf der einen Seite 41 das Gehäuse 63 angeordnet, an der gegenüberliegenden Stelle hingegen alle von der Atmosphäre her ausgehenden Enden 65 der Rohre 22. Diese Ausführungsform hat den großen Vorteil, daß die Primärluft durch das Gehäuse 63 kanalisiert und über eine nicht dargestellte Klappe im Sinne einer Anpassung an die stöchiometrisehen Verbrennungsgegebenheiten eingestellt werden kann. Durch eine oder mehrere Luftzuführungsöffnungen im Rahmen der Seiten 40 und 41 der Verbrennungskammer kann der Sekundär-Verbrennungs luftzutritt in die Verbrennungskammer auch gesteuert werden, und zwar auch im Sinne einer stöchιometrisehen Verbrennung.

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

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durch ein Rohr unter Zuleitung von Kühlmittel gekühlt werden, wobei das Kühlmittel bevorzugt ein solches ist, was anschließend thermisch gewinnbringend verwendet wird, 3¹CO ein aufzuheizendes Medium oder ohnehin gebrauchte Verbrennungsluft.

Claims (9)

Joh. Vaillant GmbH u. Co GM 561 11.02, as Ansprüche

1. Vormischgasbrenner, insbesondere atmosphärische Vormischgasbrenner, mit einer Gasdüse, einem Mischkanal sowie einer sich an dan Kanalstrom

anschließenden mit Wänden versehenen Verteiler-

kammer, die in einer Wand Brenngemi s.ch-Austrittsöffnungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wand (19, 26) mit einer Einp; ägung (21) versehen ist, in der wärmeleitend ein kühl mitteldurchströmtes Rohr (22) gelagert ist.

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

3. Vormischgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch ge· kennzeichnet, daß die Einprägung im Innenraum

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- 2 (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 gedruckt ist.

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

6. Vormischgasbrenner nach einem der 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, daß bei einem Lufterhitzer die Kühlrohre (22) von der vom Lufterhitzer zu erheizenden Luft durchströmt sind .

8. Vormischgasbrenner nach einem der Ansprüche ois 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.

Vormischgasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlröhr (22) unmittelbar zwischen zwei Reihen von Bfefingäs] üftgöiTii SCh= Austrittsschlitzen (22) angeordnet ist.