EP0814303A2 - Gasbrenner für Heizgeräte - Google Patents

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EP0814303A2
EP0814303A2 EP97103830A EP97103830A EP0814303A2 EP 0814303 A2 EP0814303 A2 EP 0814303A2 EP 97103830 A EP97103830 A EP 97103830A EP 97103830 A EP97103830 A EP 97103830A EP 0814303 A2 EP0814303 A2 EP 0814303A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet metal
edges
combustion chamber
ribs
plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97103830A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0814303A3 (de
Inventor
Marcus Bienzle
Michael Jantzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0814303A2 publication Critical patent/EP0814303A2/de
Publication of EP0814303A3 publication Critical patent/EP0814303A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F23D14/583—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration of elongated shape, e.g. slits
    • F23D14/586—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration of elongated shape, e.g. slits formed by a set of sheets, strips, ribbons or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices

Definitions

  • the invention is based on gas burners according to the preamble of the main claim.
  • the burner plate is constructed from structured sheet metal fins which are connected to one another by a heat-dissipating cooling pipe system and between them delimit channels or gaps for the passage of a fuel gas / air mixture.
  • the arrangement according to the invention with the characteristic features has the advantage that, in addition to an emission-reducing swirling of the fuel gas-air mixture, the flames in their root area are cooled over a defined area that extends beyond the apex area so that even higher surface loads on the burner or the burner plate are possible without resulting in impermissibly high NO x values.
  • a stronger swirling of the fuel gas-air mixture also increases the ignitability of the mixture.
  • An advantageous pronounced structuring of the fuel plate can be achieved in that a set-back bent sheet metal rib is provided between two sheet metal ribs that are not set back.
  • a particularly strong deflection of the fuel gas-air mixture in the direction of the non-recessed sheet metal ribs results if the edges of the recessed sheet metal ribs on the combustion chamber side are bent to one side. This results in a stronger cooling effect, especially at higher loads.
  • a good deflection and a good swirling of the fuel gas-air mixture is achieved if the edges of the set-back sheet metal fins on the combustion chamber side are bent essentially at right angles.
  • a perforated plate is provided on the inflow side of the burner plate, the opening diameter of which is smaller than the plate rib spacing.
  • the pipe system which is connected in a heat-conducting manner to the burner plate can advantageously have water flowing through it and the pipe system with the burner plate can form a heat exchanger unit of the water heater.
  • a heat exchanger acted upon by the combustion gases of the gas burner can be made smaller than in an embodiment with an uncooled burner.
  • FIG. 1 shows a water heater with a gas burner according to the first exemplary embodiment
  • FIG. 2 enlarges the burner plate of the gas burner according to FIG. 1
  • FIGS. 3 and 4 show a side view and a plan view of an angled sheet metal rib according to the second exemplary embodiment.
  • the water heater according to FIG. 1 has a gas burner 12 in a housing 10, to which a fuel gas / air mixture is supplied in the direction of arrow A in an atmospheric or fan-assisted manner. Downstream of the gas burner 12 sits in the housing 10, an exhaust gas heat exchanger 14 which is penetrated by a pipe system 16 which carries the water to be heated, a combustion chamber 15 being formed between the burner 12 and the exhaust gas heat exchanger 14.
  • 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.
  • the gas burner 12 has a burner plate 24 which is constructed from two different types of sheet metal ribs 26, 28 (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 are formed between the sheet metal fins 26, 28 for the passage of the fuel gas / air mixture.
  • the burner plate 24 is provided with a perforated plate 32, the opening diameter of which is smaller than the width of the gap 30 between the plate ribs 26, 28.
  • the width a of the column 30 is smaller than the so-called extinguishing distance, so that the flames cannot strike back into the burner plate 24 or into the mixing zone in front of it.
  • the perforated plate 32 can be omitted.
  • the thermal conductivity of the sheet metal fins 26, 28 is so matched to the burner output by the dimensioning and / or choice of material that its surface temperature adjusts to a desired temperature.
  • the sheet metal ribs 28, hereinafter referred to as bent sheet metal ribs, of the burner plate 24 are formed in that the edges 34 of the sheet metal ribs 28 on the combustion chamber side are bent to one side.
  • the edges 34 of the sheet metal ribs 28 on the combustion chamber side are opposite the edges 36 of the sheet metal ribs 26 on the combustion chamber side hereinafter referred to as straight sheet metal ribs, reset and there is a stepped surface structuring on the combustion chamber side wall of the burner plate 24 with wide gaps 38 which are laterally delimited by wall areas 40 of the straight sheet metal ribs 26.
  • the structure of the burner plate 24 is designed such that a bent sheet metal rib 28 connects to a straight sheet metal rib 26 and vice versa.
  • bent sheet metal ribs 28 are bent essentially at right angles at their edges 34 on the combustion chamber side.
  • the bent edges 34 adjoin the straight sheet metal ribs 26 in the region of their edges 36, except for a small space.
  • the mixture reacts between or at the downstream edges 34, 36 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 regions 40 of the straight sheet metal ribs 26.
  • the combustion gases generated in the reaction 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 fuel gas-air mixture is swirled more, which increases the ignitability of the mixture and the combustion takes place faster and more completely. This effect also reduces the NO x emissions that occur during combustion.
  • the deflection of the fuel gas / air mixture towards the straight sheet metal fins 26 results in greater cooling of the burner plate 24, in particular at higher loads.
  • the angled sheet metal ribs 28 increase the mechanical rigidity of the sheet metal ribs. Accordingly, sheet metal ribs with a smaller thickness can be used, which additionally saves material costs.
  • FIGS. 3 and 4 A second exemplary embodiment of a bent sheet metal fin 28 is shown in FIGS. 3 and 4.
  • the edges 34 of the sheet metal ribs 28 are mutually angled on both sides.
  • the sheet metal fins 28 are provided with an incision perpendicular to their longitudinal extent during manufacture and then alternately bent to the left and to the right.
  • edges of the sheet metal fins 28 assigned to the inflow side of the fuel gas / air mixture instead of the angled edges 34 of the sheet metal fins 28 on the combustion chamber side.
  • the edges 34 of the sheet metal fins 28 on the combustion chamber side are then straight and in turn set back in relation to the sheet metal fins 26.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für Heizgeräte, insbesondere Wassererhitzer, mit einer Brennerplatte (24), die aus Blechrippen (26, 28) aufgebaut ist, die durch ein wärmeableitendes Kühlrohrsystem (16, 18) miteinander verbunden sind und zwischen sich Kanäle bzw. Spalte (30) für den Durchtritt eines Brenngas-Luftgemisches begrenzen, das auf einer einem Brennraum (15) zugewandten Seite der Brennerplatte (24) entzündbar ist, wobei Teile von Blechrippen (26, 28) zur besseren Verwirbelung des Brenngas-Luftgemisches umgebogen sind. Es wird vorgeschlagen, daß brennraumseitige Ränder (34) von bestimmten Blechrippen (28) gegenüber brennraumseitigen Rändern (36) der anderen Blechrippen (26) zurückversetzt sind, und daß die zurückversetzten Blechrippen (28) an den brennraumseitigen Rändern (34) und/oder an den dem Brennraum (15) abgewandten Rändern der Brennerplatte (24) umgebogen sind. Dadurch wird eine gute Vermischung und eine gute Kühlung des Brenngas-Luftgemisches erzielt. <IMAGE>

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von Gasbrennern nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei bekannten Gasbrennern dieser Gattung (EP 0 473 826 A1) ist die Brennerplatte aus strukturierten Blechrippen aufgebaut, die durch ein wärmeableitendes Kühlrohrsystem miteinander verbunden sind und zwischen sich Kanäle bzw. Spalte für den Durchtritt eines Brenngas-Luftgemisches begrenzen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen hat den Vorteil, daß neben einer emissionsmindernden Verwirbelung des Brenngas-Luftgemisches die Flammen in ihrem Wurzelbereich über eine definierte, sich über den Scheitelbereich hinaus erstreckende Fläche so gekühlt werden, daß auch höhere Flächenbelastungen des Brenners bzw. der Brennerplatte möglich sind, ohne daß sich unzulässig hohe NOX-Werte ergeben. Eine stärkere Verwirbelung des Brenngas-Luftgemisches erhöht darüberhinaus die Zündfähigkeit des Gemisches.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruchs möglich.
  • Eine vorteilhafte ausgeprägte Strukturierung der Brennplatte kann dadurch erreicht werden, daß jeweils zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen eine zurückversetzte umgebogene Blechrippe vorgesehen ist.
  • Eine besonders starke Umlenkung des Brenngas-Luftgemisches in Richtung zu den nicht zurückversetzten Blechrippen ergibt sich, wenn die brennraumseitigen Ränder der zurückversetzten Blechrippen nach einer Seite umgebogen sind. Dadurch wird insbesondere bei höheren Belastungen eine stärkere Kühlwirkung erreicht.
  • Eine vorteilhafte Alternative zur vorgenannten Ausführung ergibt sich, wenn die brennraumseitigen Ränder der zurückversetzten Blechrippen wechselseitig nach beiden Seiten umgebogen sind. Eine derartig umgebogene Blechrippe kann auf einfache Art und Weise dadurch hergestellt werden, daß eine gerade Blechrippe senkrecht zu ihrer Längsausdehnung in gleichmäßigen Abständen mit einem Einschnitt versehen wird und die sich danach ergebenen Blechabschnitte jeweils nach links und rechts wechselseitig umgebogen werden.
  • Eine gute Umlenkung und eine gute Verwirbelung des Brenngas-Luftgemisches wird erreicht, wenn die brennraumseitigen Ränder der zurückversetzten Blechrippen im wesentlichen rechtwinklig umgebogen sind.
  • Bei der Ausbildung der Kanäle bzw. in der Brennerplatte ist darauf zu achten, daß sie mindestens über einen Längsabschnitt eine Breite haben, die kleiner als der sog. Löschabstand ist, damit die Flammen nicht zurückschlagen können. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, daß an der Einströmseite der Brennerplatte ein Lochblech vorgesehen ist, dessen Öffnungsdurchmesser kleiner als der Blechrippenabstand ist.
  • 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.
    • Zeichnung
  • Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Wassererhitzer mit einem Gasbrenner nach dem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 2 vergrößert die Brennerplatte des Gasbrenners nach Figur 1 und die Figuren 3 und 4 eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf eine abgewinkelte Blechrippe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Der Wassererhitzer nach Figur 1 hat in einem Gehäuse 10 einen Gasbrenner 12, dem ein Brenngas-Luftgemisch in Richtung des Pfeiles A atmosphärisch oder gebläseunterstützt zugeführt wird. Stromab des Gasbrenners 12 sitzt im Gehäuse 10 ein Abgaswärmetauscher 14, der von einem Rohrsystem 16 durchsetzt ist, welcher das zu erhitzende Wasser führt, wobei zwischen dem Brenner 12 und dem Abgaswärmetauscher 14 ein Brennraum 15 ausgebildet ist. 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.
  • Der Gasbrenner 12 hat eine Brennerplatte 24 der aus zwei unterschiedlichen Arten von 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 Brenngas-Luftgemisches gebildet. Auf der Einströmseite des Brenngas-Luftgemisches ist die Brennerplatte 24 mit einem Lochblech 32 versehen, dessen Öffnungsdurchmesser kleiner als die Breite der Spalte 30 zwischen den Blechrippen 26, 28 ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Breite a der Spalte 30 kleiner als den sog. Löschabstand zu bemessen, so daß die Flammen nicht in die Brennerplatte 24 oder in die davorliegende Mischzone zurückschlagen können. In diesem Fall kann auf das Lochblech 32 verzichtet werden. Die Wärmeleitfähigkeit der Blechrippen 26, 28 ist durch die Bemessung und/oder Werkstoffwahl so auf die Brennerleistung abgestimmt, daß sich ihre Oberflächentemperatur auf eine gewünschte Temperatur einstellt.
  • Die Blechrippen 28, im folgenden als umgebogene Blechrippen bezeichnet, der Brennerplatte 24 sind dadurch gebildet, daß die brennraumseitigen Ränder 34 der Blechrippen 28 nach einer Seite umgebogen sind. Dadurch sind die brennraumseitigen Ränder 34 der Blechrippen 28 gegenüber den brennraumseitigen Rändern 36 der Blechrippen 26, im folgenden als gerade Blechrippen bezeichnet, zurückgesetzt und es ergibt sich an der brennraumseitigen Wand der Brennerplatte 24 eine gestufte Oberflächenstrukturierung mit breiten Zwischenräumen 38, die seitlich durch Wandbereiche 40 der geraden Blechrippen 26 begrenzt sind. Die Struktur der Brennerplatte 24 ist dabei so ausgebildet, daß sich an jeweils eine gerade Blechrippe 26 eine umgebogene Blechrippe 28 anschließt und umgekehrt.
  • Die umgebogenen Blechrippen 28 sind an deren brennraumseitigen Rändern 34 im wesentlichen rechtwinklig umgebogen. Die umgebogenen Ränder 34 grenzen bis auf einen kleinen Zwischenraum an die geraden Blechrippen 26 im Bereich deren Ränder 36 an.
  • Nach dem Zünden des Brenners reagiert das Gemisch zwischen bzw. an den stromab liegenden Rändern 34, 36 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 40 der geraden Blechrippen 26 haben. Die bei der Reaktion an der Brennerplatte 24 entstehenden Verbrennungsgase strömen durch den Abgaswärmetauscher 14, wo sie Wärme an das aufzuheizende Wasser im Rohrsystem 16 abgeben.
  • Durch die abgewinkelten bzw. umgebogenen Blechrippen 28 wird das Brenngas-Luftgemisch stärker verwirbelt, wodurch sich die Zündfähigkeit des Gemischs erhöht und die Verbrennung schneller und vollständiger abläuft. Dieser Effekt senkt zusätzlich die bei der Verbrennung entstehenden NOX-Emissionen. Die Umlenkung des Brenngas-Luftgemisches hin zu den geraden Blechrippen 26 bewirkt insbesondere bei höheren Belastungen eine stärkere Kühlung der Brennerplatte 24.
  • Durch die abgewinkelten Blechrippen 28 ist die mechanische Steifigkeit der Blechrippen verstärkt, dementsprechend können Blechrippen mit geringerer Dicke eingesetzt werden, wodurch zusätzlich Materialkosten eingespart werden.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel einer umgebogenen Blechrippe 28 ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Bei dieser Ausführung sind die Ränder 34 der Blechrippen 28 nach beiden Seiten jeweils wechselseitig abgewinkelt. Die Blechrippen 28 werden bei der Herstellung senkrecht zu ihrer Längsausdehnung mit einem Einschnitt versehen und danach jeweils wechselseitig nach links und nach rechts umgebogen.
  • Für eine Verwirbelung des Brenngas-Luftgemisches ist es auch möglich, anstelle der abgewinkelten brennraumseitigen Ränder 34 der Blechrippen 28 die der Einströmseite des Brenngas-Luftgemisches zugeordneten Ränder der Blechrippen 28 umzubiegen. Die brennraumseitigen Ränder 34 der Blechrippen 28 sind dann gerade ausgebildet und gegenüber den Blechrippen 26 wiederum zurückgesetzt.

Claims (8)

  1. Gasbrenner für Heizgeräte, insbesondere Wassererhitzer, mit einer Brennerplatte, die aus Blechrippen aufgebaut ist, die durch ein wärmeableitendes Kühlrohrsystem miteinander verbunden sind und zwischen sich Kanäle bzw. Spalte für den Durchtritt eines Brenngas-Luftgemisches begrenzen, das auf einer einem Brennraum zugewandten Seite der Brennerplatte entzündbar ist, wobei Teile von Blechrippen zur besseren Verwirbelung des Brenngas-Luftgemisches umgebogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß brennraumseitige Ränder (34) von bestimmten Blechrippen (28) gegenüber brennraumseitigen Rändern (36) der anderen Blechrippen (26) zurückversetzt sind und daß die zurückversetzten Blechrippen (28) an den brennraumseitigen Rändern (34) und/oder an den dem Brennraum (15) abgewandten Rändern der Brennerplatte (24) umgebogen sind.
  2. Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei nicht zurückversetzten Blechrippen (26) eine zurückversetzte Blechrippe (28) angeordnet ist.
  3. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitigen Rändern (34) der zurückversetzten Blechrippen (28) nach einer Seite umgebogen sind.
  4. Gasbrenner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitigen Ränder (34) der zurückversetzten Blechrippen (28) nach beiden Seiten umgebogen sind.
  5. Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitigen Ränder (34) der zurückversetzten Blechrippen (28) wechselseitig nach beiden Seiten umgebogen sind.
  6. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die brennraumseitigen Ränder (34) oder die dem Brennraum (15) abgewandten Ränder der zurückversetzten Blechrippen (28) im wesentlichen rechtwinklig umgebogen sind.
  7. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Einströmseite der Brennerplatte (24) ein Lochblech (32) vorgesehen ist, dessen Öffnungsdurchmesser kleiner als der Blechrippenabstand ist.
  8. Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der Brennerplatte (24) wärmeleitend verbundene Rohrsystem (16, 18) von aufzuheizendem Wasser als wärmeabführendes Medium durchströmt ist, und das Rohrsystem (16, 18) mit der Brennerplatte (24) eine Wärmetauschereinheit für einen Wassererhitzer bildet.
EP97103830A 1996-06-18 1997-03-07 Gasbrenner für Heizgeräte Withdrawn EP0814303A3 (de)

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EP0814303A2 true EP0814303A2 (de) 1997-12-29
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EP0814303A3 (de) 1998-02-11
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