EP0913642A2 - Combustion chamber for gas burner from a water heater and a heating apparatus - Google Patents
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- F23M2900/05004—Special materials for walls or lining
Definitions
- the invention relates to a combustion chamber, in particular for Gas water heaters and gas heater burners that a at least laterally delimiting the combustion chamber, by an air flow cooled combustion chamber wall made of temperature resistant Have thermal insulation, and the combustion chamber lower-lying gas burner and one arranged above it Has hot water heat exchanger.
- Such an air-cooled combustion chamber is e.g. out DE-PS 3024792 known.
- microporous soft ceramic Air pockets The temperature resistance of such microporous soft ceramic is only up to approx. 900-1000 ° C given.
- the invention proposed that in the combustion chamber before the thermal insulation a steel convector with an elastic shape Rib structure is arranged so that a cooling air flow can flow between the thermal insulation material and the convector.
- the heat is dissipated specifically where the highest undesirable temperature potential acts, namely even before the thermal insulation of the combustion chamber wall.
- To the Example can be by installing the invention proposed convector reach that temperature the thermal insulation of the combustion chamber wall to around 700-800 ° C is lowered so that in terms of thermal insulation and the physiological tolerance of favorable microporous Soft ceramic materials can be used.
- a Possibility is to design the convector so that the cooling air flow rising from the bottom to the top Heat exchangers pass into the exhaust gas stream of the combustion chamber is heated with the same so that the Exhaust gas temperature is raised and the exhaust gases, in particular in the exhaust system, do not fall below the dew point, which prevents condensation.
- the rib structure of the convector may be arranged substantially vertically, whereby the cooling air almost unhindered from bottom to top by the convector can flow.
- the burner's insulation is completely from one Metal, e.g. Steel sheath, sheathed, becomes the convector preferably designed so that the steel jacket around the edges of the ribs of the thermal insulation Connect the convector to the jacket.
- Metal e.g. Steel sheath, sheathed
- the desired heat balance can be obtained in a similar manner taking into account that the distances between the ribs be chosen accordingly.
- the in accordance with the invention Combustion chamber proposed measures the combustion chamber heat insulation improved.
- the physiologically used so far and ecologically questionable, respirable particles emitting combustion chamber insulation materials are avoided. They are not liquid fluids for combustion chamber cooling necessary, which reduces costs and undesirable Have functional risks avoided.
- the invention proposed shape-elastic rib structure of the convector can be inexpensively by a folding process Manufacture sheet steel.
- the features of the burner proposed according to the invention alternatively allow either an increase in exhaust gas temperature or an increase in water efficiency.
- Fig. 1 in a cross-sectional view
- the combustion chamber 1 shown has an overhead one Hot water heat exchanger 4 at least laterally, i.e. in Circumferential direction, surrounding combustion chamber wall, one under the Hot water heat exchanger 4 arranged gas burner 3, a unspecified housing and one with the housing connected exhaust gas guide plate 11 arranged in the exhaust gas path on.
- Fig. 1 is in a to the left of a vertical dashed line Centerline first embodiment I and one second embodiment II to the right of this line divided.
- the two embodiments I and II differ that in the left embodiment I the one formed in the form of an elastic rib structure steel convector 6 vertically arranged air channels 9 so has that the cooling air L am flowing therethrough Heat exchanger 4 passed directly into the exhaust gas stream becomes, while in the embodiment shown on the right II the rib structure of the steel convector 7 in this way is designed so that the formed by the rib structure vertical air channels 9 still the cooling air flow L ' through an edge region of the hot water heat exchanger 4 conduct and thereby increase the water efficiency ⁇ .
- FIG. 1 two embodiments I and II shown in FIG.
- the combustion chamber 1 has the combustion chamber wall from the outside in one of a steel capsule 8 encased thermal insulation material 5, the air channels 9 mentioned and the above-mentioned, as a shape-elastic rib structure designed, steel convector 6 and 7 respectively.
- the thermal insulation 5 can in the illustrated Embodiments of the invention from an inexpensive and ecologically and physiologically harmless microporous Soft ceramic material with air pockets, which, however, is not particularly stable thermally. If the Thermal insulation made of a harder ceramic material microporous structure, which can lead to the inside of the Combustion chamber 1 facing wall of the steel jacket 8 possibly omitted if the insulation material is sufficient has mechanical stability.
- FIG. 1A The section shown in Fig. 1A through the The combustion chamber wall lies in a plane A-A which is shown in FIG. 1 parallel plane, i.e. perpendicular to the cutting plane of Fig. 1.
- Fig. 1A clearly shows that individual vertical air channels 9 through the rib structure of the elastic convector 6 or 7 are formed so that the cooling air flowing through the channels 9 into a variety individual air flows is divided and the ribs steel convector 6, 7 has a large cooling surface to lend.
- the number of ribs 10 or the number of individual channels 9 plays a role in the reaching heat balance. It can be clearly seen that the outwardly facing edges of the ribs 10 on the Inner wall of the jacket 8 surrounding the thermal insulation material 5 issue.
- FIG. 1B The enlarged representation of the combustion chamber wall in Fig. 1B shows the shape-elastic rib structure of the convector 6, 7 more clear.
- Such a forming an elastic rib structure steel convector can be inexpensive by folding or Pulling a steel sheet to be made.
- the convector sets up a maximum temperature level the thermal insulation side of less than 700-800 ° C.
- This form-elastic convector also has a heat-equalizing effect. This is one of the conditions for use of steel as the combustion chamber wall material in gas water heater burners and gas heater burners. So that is the prerequisite for use more cost-effective and Functionally suitable and harmless thermal insulation materials Fulfills.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkammer, insbesondere für Gas-Warmwasserbereiter- und Gas-Heizungsgerätebrenner, die eine die Brennkammer wenigstens seitlich begrenzende, durch eine Luftströmung gekühlte Brennkammerwand aus temperaturfestem Wärmedämmstoff aufweisen, und die Brennkammer einen tieferliegenden Gasbrenner und einen darüber angeordneten Warmwasser-Wärmeübertrager aufweist.The invention relates to a combustion chamber, in particular for Gas water heaters and gas heater burners that a at least laterally delimiting the combustion chamber, by an air flow cooled combustion chamber wall made of temperature resistant Have thermal insulation, and the combustion chamber lower-lying gas burner and one arranged above it Has hot water heat exchanger.
Eine derartige luftgekühlte Brennkammer ist z.B. aus DE-PS 3024792 bekannt. Bei dieser bekannten Brennkammer ist zwischen einem Außen- und einem Innenmantel ein belüfteter Zwischenraum ausgebildet, der die Wärmeisolierung des Außenmantels verbessert und der mit Öffnungen versehen ist, so daß ein den Außenmantel vor Überhitzung schützender Luftstrom aufsteigen kann.Such an air-cooled combustion chamber is e.g. out DE-PS 3024792 known. In this known combustion chamber a ventilated between an outer and an inner jacket Intermediate space formed by the thermal insulation of the Improved outer jacket and which is provided with openings, so that the outer jacket protects against overheating Airflow can rise.
Bei zur Zeit entwickelten Brennkammern werden Maßnahmen angestrebt, die die bisher zumeist aus physiologisch und ökologisch bedenklichen Faserstoffen bestehenden Wärmedämmstoffe durch preiswerte andere Wärmedämmstoffe ersetzen sollen, wie z.B. durch mikroporöse Weichkeramik mit Lufteinschlüssen. Die Temperaturbeständigkeit solcher mikroporöser Weichkeramik ist jedoch nur bis ca. 900-1000°C gegeben. Measures are being taken in combustion chambers that are currently being developed sought, which so far mostly from physiological and existing thermal insulation materials replace with inexpensive other thermal insulation materials such as thanks to microporous soft ceramic Air pockets. The temperature resistance of such microporous soft ceramic is only up to approx. 900-1000 ° C given.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Brennkammer derart zu gestalten, daß für die Brennkammerisolierung ein physiologisch unbedenklicher Wärmedämmstoff eingesetzt werden kann, indem die auf ihn wirkende Temperaturbelastung so weit abgesenkt wird, daß dieser Wärmedämmstoff zumindest über die Lebensdauer eines Gaswarmwasserbereiter- oder Gas-Heizungsgerätebrenners aufrecht erhalten bleibt.It is therefore an object of the invention, a generic To design the combustion chamber so that for the combustion chamber insulation a physiologically harmless thermal insulation material can be used by the one acting on it Temperature load is reduced so far that this Thermal insulation at least over the life of a Gas water heater or gas heater burner is maintained.
Um diese Aufgabe zu lösen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß in der Brennkammer vor dem Wärmedämmstoff ein stählerner Konvektor mit formelastischer Rippenstruktur angeordnet ist, so daß ein Kühlluftstrom zwischen dem Wärmedämmstoff und dem Konvektor strömen kann.To solve this problem, the invention proposed that in the combustion chamber before the thermal insulation a steel convector with an elastic shape Rib structure is arranged so that a cooling air flow can flow between the thermal insulation material and the convector.
Auf diese Weise wird die Wärme gezielt dort abgeführt, wo das höchste unerwünschte Temperaturpotential wirkt, nämlich bereits vor dem Wärmedämmstoff der Brennkammerwand. Zum Beispiel läßt sich durch den Einbau des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konvektors erreichen, daß die Temperatur an dem Wärmedämmstoff der Brennkammerwand auf etwa 700-800°C abgesenkt wird, so daß die hinsichtlich der Wärmedämmung und der physiologischen Verträglichkeit günstigen mikroporösen Weichkeramikmaterialien einsetzbar sind. Eine Möglichkeit besteht darin, den Konvektor so zu gestalten, daß der von unten nach oben aufsteigende Kühlluftstrom am Wärmeübertrager vorbei in den Abgasstrom der Brennkammer unter Erwärmung desselben geleitet wird, so daß die Abgastemperatur angehoben wird und die Abgase, insbesondere in der Abgasführung, nicht den Taupunkt unterschreiten, womit eine Kondensatbildung vermieden ist. In this way, the heat is dissipated specifically where the highest undesirable temperature potential acts, namely even before the thermal insulation of the combustion chamber wall. To the Example can be by installing the invention proposed convector reach that temperature the thermal insulation of the combustion chamber wall to around 700-800 ° C is lowered so that in terms of thermal insulation and the physiological tolerance of favorable microporous Soft ceramic materials can be used. A Possibility is to design the convector so that the cooling air flow rising from the bottom to the top Heat exchangers pass into the exhaust gas stream of the combustion chamber is heated with the same so that the Exhaust gas temperature is raised and the exhaust gases, in particular in the exhaust system, do not fall below the dew point, which prevents condensation.
Eine Alternative dazu ist, den Konvektor derart zu gestalten, daß der Kühlluftstrom einen Randabschnitt des Wärmeübertragers durchströmt und damit den Wasserwirkungsgrad η steigert.An alternative is to use the convector in this way shape that the cooling air flow an edge portion of the Flows through heat exchanger and thus the water efficiency η increases.
Es kann günstig sein, die Rippenstruktur des Konvektors im wesentlichen senkrecht anzuordnen, wodurch die Kühlluft nahezu ungehindert von unten nach oben durch den Konvektor strömen kann.It may be convenient to use the rib structure of the convector to be arranged substantially vertically, whereby the cooling air almost unhindered from bottom to top by the convector can flow.
Wenn der Wärmedämmstoff des Brenners vollständig von einem Metall, z.B. Stahlmantel, ummantelt ist, wird der Konvektor bevorzugt so gestaltet, daß die zum stählernen Mantel um den Wärmedämmstoff weisenden Kanten der Rippen des Konvektors am Mantel anschließen.If the burner's insulation is completely from one Metal, e.g. Steel sheath, sheathed, becomes the convector preferably designed so that the steel jacket around the edges of the ribs of the thermal insulation Connect the convector to the jacket.
Auch bei Verwendung eines geeigneten härteren alternativen mikroporösen Wärmedämmstoffs ist der Konvektor so gestaltet, daß die zum Wärmedämmstoff weisenden Kanten der Rippen des Konvektors am Wärmedämmstoff anstehen.Even when using a suitable harder alternative micro-porous thermal insulation is the convector designed that the edges facing the thermal insulation The convector ribs are against the thermal insulation material.
Bei der Herstellung eines solchen erfindungsgemäß verwendeten stählernen Konvektors kann es vorteilhaft sein, die Rippenstruktur durch einen Falzvorgang oder durch Ziehen aus einem Stahlblech zu formen.In the manufacture of such an invention steel convector used, it may be advantageous the rib structure by a folding process or by Pull to shape from a steel sheet.
In diesem Fall läßt sich in Abhängigkeit vom gewünschten Ziel in der Wärmebilanz die Weite eines beim Falzvorgang gebildeten Spalts zwischen den Rippenwänden, der zum Inneren der Brennkammer hinweist, wählen.In this case, depending on what you want Target in the heat balance the width of one during the folding process formed gap between the rib walls, the to Inside the combustion chamber.
In ähnlicher Weise läßt sich der gewünschten Wärmebilanz dadurch Rechnung tragen, daß die Abstände der Rippen entsprechend gewählt werden. The desired heat balance can be obtained in a similar manner taking into account that the distances between the ribs be chosen accordingly.
Allgemein wird durch die bei der erfindungsgemäßen Brennkammer vorgeschlagenen Maßnahmen die Brennkammerwärmeisolierung verbessert. Die bislang verwendeten physiologisch und ökologisch bedenklichen, lungengängige Teilchen emittierende Brennkammerisoliermaterialien sind vermieden. Es sind keine flüssigen Fluide zur Brennkammerkühlung nötig, wodurch sich die Kosten senken und unerwünschte Funktionsrisiken vermeiden lassen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene formelastische Rippenstruktur des Konvektors läßt sich kostengünstig durch einen Falzvorgang aus Stahlblech herstellen.In general, the in accordance with the invention Combustion chamber proposed measures the combustion chamber heat insulation improved. The physiologically used so far and ecologically questionable, respirable particles emitting combustion chamber insulation materials are avoided. They are not liquid fluids for combustion chamber cooling necessary, which reduces costs and undesirable Have functional risks avoided. The invention proposed shape-elastic rib structure of the convector can be inexpensively by a folding process Manufacture sheet steel.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Merkmale des Brenners ermöglichen alternativ entweder eine Abgastemperaturerhöhung oder eine Erhöhung des Wasserwirkungsgrads.The features of the burner proposed according to the invention alternatively allow either an increase in exhaust gas temperature or an increase in water efficiency.
Die obigen vorteilhaften Merkmale werden anhand der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Brennkammer noch deutlicher, wenn diese Beschreibung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung gelesen wird.The above advantageous features are based on the Description of preferred embodiments below the combustion chamber according to the invention even more clearly if this description with reference to the accompanying Drawing is read.
Die in Fig. 1 schematisch in einer Querschnittsansicht
dargestellte Brennkammer 1 weist eine einen obenliegenden
Warmwasser-Wärmeübertrager 4 wenigstens seitlich, d.h. in
Umfangsrichtung, umgebende Brennkammerwand, einen unter dem
Warmwasser-Wärmeübertrager 4 angeordneten Gasbrenner 3, ein
nicht näher bezeichnetes Gehäuse und ein mit dem Gehäuse
verbundenes, im Abgasweg angeordnetes Abgasleitblech 11
auf. Bezogen auf die Brennkammerwand ist Fig. 1 in eine
links von einer strichpunktiert gezeichneten senkrechten
Mittellinie liegende erste Ausführungsform I und eine
rechts von dieser Linie liegende zweite Ausführungsform II
unterteilt. Die beiden Ausführungsformen I und II unterscheiden
sich darin, daß bei der linken Ausführungsform I
der in Form einer formelastischen Rippenstruktur gebildete
stählerne Konvektor 6 senkrecht angeordnete Luftkanäle 9 so
aufweist, daß die hindurchströmende kühlende Luft L am
Wärmeübertrager 4 vorbei direkt in den Abgasstrom geleitet
wird, während bei der rechts gezeigten Ausführungsform II
die Rippenstruktur des stählernen Konvektors 7 derart
gestaltet ist, daß die durch die Rippenstruktur gebildeten
senkrechten Luftkanäle 9 den kühlenden Luftstrom L' noch
durch einen Randbereich des Warmwasser-Wärmeübertragers 4
leiten und dadurch den Wasserwirkungsgrad η erhöhen. In
beiden, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsformen I und II
der erfindungsgemäßen Brennkammer 1 weist die Brennkammerwand
von außen nach innen einen von einer stählernen Kapsel
8 ummantelten Wärmedämmstoff 5, die genannten Luftkanäle 9
und den oben erwähnten, als formelastische Rippenstruktur
gestalteten, stählernen Konvektor 6 bzw. 7 auf.The schematically in Fig. 1 in a cross-sectional view
The
Der Wärmedammstoff 5 kann bei den dargestellten
Ausführungsformen der Erfindung aus einem kostengünstigen
und ökologisch und physiologisch unbedenklichen mikroporösen
Weichkeramikstoff mit Lufteinschlüssen bestehen,
der jedoch thermisch nicht besonders stabil ist. Wenn der
Wärmedämmstoff aus einem härteren Keramikmaterial mit
mikroporöser Struktur besteht, kann die zum Inneren der
Brennkammer 1 weisende Wand des stählernen Mantels 8
gegebenenfalls entfallen, wenn der Dämmstoff genügende
mechanische Stabilität aufweist.The
Der in Fig. 1A dargestellte Schnitt durch die
Brennkammerwand liegt in einer zur Ebene A-A, die in Fig. 1
gezeigt ist, parallelen Ebene, d.h. senkrecht zur Schnittebene
der Fig. 1. Fig. 1A zeigt deutlich, daß einzelne
senkrechte Luftkanäle 9 durch die Rippenstruktur des
formelastischen Konvektors 6 oder 7 gebildet werden, so daß
die durch die Kanäle 9 strömende Kühlluft in eine Vielzahl
einzelner Luftströme unterteilt ist und die Rippen dem
stählernen Konvektor 6, 7 eine große Kühloberfläche
verleihen. Die Anzahl der Rippen 10 bzw. die Anzahl der
einzelnen Kanäle 9 spielt eine Rolle bei der zu
erreichenden Wärmebilanz. Es ist deutlich zu erkennen, daß
die nach außen weisenden Kanten der Rippen 10 an der
Innenwand des den Wärmedämmstoff 5 umgebenden Mantels 8
anliegen.The section shown in Fig. 1A through the
The combustion chamber wall lies in a plane A-A which is shown in FIG. 1
parallel plane, i.e. perpendicular to the cutting plane
of Fig. 1. Fig. 1A clearly shows that individual
Die vergrößerte Darstellung der Brennkammerwand in Fig. 1B
zeigt die formelastische Rippenstruktur des Konvektors 6, 7
deutlicher. Zum Inneren der Brennkammer 1 hin können die
Wände der Rippen 10, 10' jeweils einen Spalt 12 bilden,
dessen Weite S bzw. S' in Abhängigkeit von dem zu
erreichenden Ziel bei der Wärmebilanz angepaßt werden kann.
Ein solcher eine formelastische Rippenstruktur bildender
stählerner Konvektor kann kostengünstig durch Falzen oder
Ziehen eines Stahlblechs hergestellt werden.The enlarged representation of the combustion chamber wall in Fig. 1B
shows the shape-elastic rib structure of the
Durch diesen erfindungsgemäß vorgesehenen, formelastischen Konvektor stellt sich ein maximales Temperaturniveau auf der Wärmedämmstoffseite von weniger als 700-800°C ein. Dieser formelastische Konvektor wirkt zudem wärmespannungsausgleichend. Dies ist eine der Bedingungen für den Einsatz von Stahl als Brennkammerwandmaterial bei Gas-Warmwasserbereiterbrennern und Gas-Heizungsgerätebrennern. Damit ist die Voraussetzung für den Einsatz kostengünstiger und funktionell geeigneter sowie unbedenklicher Wärmedämmstoffe erfüllt.Through this shape-elastic provided according to the invention The convector sets up a maximum temperature level the thermal insulation side of less than 700-800 ° C. This form-elastic convector also has a heat-equalizing effect. This is one of the conditions for use of steel as the combustion chamber wall material in gas water heater burners and gas heater burners. So that is the prerequisite for use more cost-effective and Functionally suitable and harmless thermal insulation materials Fulfills.
Mit den oben beschriebenen und in Fig. 1 als Ausführungsform I und Ausführungsform II dargestellten Gestaltungen des aus einer formelastischen Rippenstruktur bestehenden stählernen Konvektors läßt sich entweder die Abgastemperatur erhöhen (Alternative I) oder der Wasserwirkungsgrad η erhöhen (Alternative II). Insgesamt wird damit der Wirkungsgrad eines Gas-Warmwasserbereiterbrenners oder Gas-Heizungsgerätebrenners erhöht. Durch die Anhebung der Abgastemperatur bei der Alternative I kann z.B. die Wärmeübertragerfläche des Wärmeübertragers 4 größer dimensioniert werden, so daß wieder die minimal notwendige Abgastemperatur erreicht wird, womit in derselben Zeit mehr Wasser mit derselben Temperatur erhitzt werden kann. Aus Untersuchungen ist bekannt, daß bei Wassererhitzern für den Hausgebrauch ein Anteil von etwa 10% Kühlluft am gesamten Abgasmassenstrom optimal ist. Damit wird einerseits eine ausreichende Kühlung der die äußere Brennkammerwand bildenden Wärmedämmstoffe erzielt und andererseits die Abgastemperatur des Wassererhitzers erhöht (Alternative I).With those described above and in Fig. 1 as Embodiment I and embodiment II shown Designs of a form-elastic rib structure existing steel convector can either the Increase exhaust gas temperature (alternative I) or Increase water efficiency η (alternative II). All in all becomes the efficiency of a gas water heater burner or gas heater burner increased. Through the Raising the exhaust gas temperature with alternative I can e.g. the heat exchanger surface of the heat exchanger 4 be dimensioned larger, so that again the minimal necessary exhaust gas temperature is reached, with what in heated more water at the same temperature at the same time can be. It is known from studies that at Water heaters for home use account for about 10% cooling air on the total exhaust gas mass flow is optimal. On the one hand, sufficient cooling of the thermal insulation materials forming the outer wall of the combustion chamber and on the other hand the exhaust gas temperature of the water heater increased (alternative I).
Physiologisch und ökologisch bedenkliche Brennkammerisoliermaterialien, die lungengängige Teilchen emittieren, sind durch den erfindungsgemäßen Vorschlag gänzlich vermieden. Insgesamt werden physiologisch unbedenkliche und kostengünstige Werkstoffe verwendet.Physiologically and ecologically questionable combustion chamber insulation materials, which emit respirable particles, are entirely by the proposal of the invention avoided. Overall, physiologically safe and inexpensive materials used.
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (1) vor dem Wärmedämmstoff (5) ein stählerner Konvektor (6; 7) mit einer formelastischen Rippenstruktur (10; 10') angeordnet ist, der im Betrieb von einem Kühlluftstrom (L, L') durchströmt werden kann.Combustion chamber, in particular for gas water heaters and gas heating device burners, which have a combustion chamber wall (5, 6, 7, 8) made of temperature-resistant thermal insulation material and at least laterally delimiting the combustion chamber (1, L '), and the combustion chamber (1) has a lower-lying gas burner (3) and a hot water heat exchanger (4) arranged above it,
characterized in that a steel convector (6; 7) with an elastic rib structure (10; 10 ') is arranged in the combustion chamber (1) in front of the thermal insulation material (5) and flows through a cooling air flow (L, L') during operation can be.
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EP0913642B1 EP0913642B1 (en) | 2003-09-03 |
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- 1998-10-23 AT AT98120067T patent/ATE249012T1/en not_active IP Right Cessation
- 1998-10-23 DE DE59809474T patent/DE59809474D1/en not_active Expired - Fee Related
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