EP2386797A2 - Gasbrenner für ein Heizgerät - Google Patents

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EP2386797A2
EP2386797A2 EP11165612A EP11165612A EP2386797A2 EP 2386797 A2 EP2386797 A2 EP 2386797A2 EP 11165612 A EP11165612 A EP 11165612A EP 11165612 A EP11165612 A EP 11165612A EP 2386797 A2 EP2386797 A2 EP 2386797A2
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gas burner
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auslassgeometrie
gas
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Luis Monteiro
Bruno Ribeiro
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Robert Bosch GmbH
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    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00003—Fuel or fuel-air mixtures flow distribution devices upstream of the outlet

Definitions

  • the invention relates to a gas burner for a heater according to the preamble of claim 1.
  • Generic gas burners for use in heaters are from the US 5,735,681 and the US 5,879,148 known. They have a fan for conveying a gas / air mixture or an air stream, is fed into the gas. In the flow path of the gas / air mixture is a vortex generating device for intensive mixing and for swirl generation. The cylindrical flow path opens into a combustion zone in which the gas / air mixture burns. This combustion zone is arranged in a closed combustion chamber and assigned to a heat exchanger, which is acted upon by the hot gases and flows through heating water.
  • Heaters especially gas water heaters, are very compact and usually have closed combustion chambers for room air independent operation.
  • the gas burner according to US 5,735,681 and US 5,879,148 were not optimized for operation in closed combustion chambers and would require at least a three times larger surrounding combustion chamber, as is commonly available in heaters with a correspondingly associated heat exchanger.
  • This is due to increasing emissions, especially carbon monoxide emissions, in gas combustion, because a recirculation of hot gases in the combustion chamber sets. This recirculation extends all around from the upper to the lower combustion chamber areas and has a strong influence on the flame. Especially their edge regions are forced from the outside to the center of the flame, so that there is a very slim, high flame shape, which comes close to the heat exchanger.
  • nitrogen oxide emissions this effect has no consequences or even improves the situation somewhat.
  • carbon monoxide emissions are rising sharply.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a low-emission gas burner for a heater with a compact design.
  • the gas burner for a heater is characterized in that the cylindrical flow path has an expanding outlet geometry at its mouth.
  • the region of the mouth of the cylindrical flow path within the combustion chamber is provided with a widening outlet geometry, so that this region has a larger inner diameter than the cylindrical flow path.
  • the expanding Auslassgeometrie is designed shell-like and protrudes freely into the combustion chamber.
  • the inside diameter of the outlet geometry is at least 1.0 to 2.5 times the inside diameter of the cylindrical flow path and the height of the outlet geometry is about 0.5 to 2.5 times the inside diameter of the cylindrical flow path.
  • the internal diameter of the outlet geometry remains constant over its height.
  • the inner diameter of the outlet geometry increases continuously over its height and in the direction of the orifice, and in a third embodiment linearly.
  • the inner diameter of the Auslassgeometrie over the height and in the direction of the orifice can also increase gradually. All variants can be combined with each other, so that a large variety of design, for example, adapted to combustion chamber and heat exchanger geometry and performance of the gas burner is available.
  • the inner diameter of the outlet geometry in the area of the free end opening corresponds at least to 1.5 to 2.5 times the inner diameter of the cylindrical flow path.
  • a low-emission gas burner for a heater with a compact design is created, which achieves a high combustion quality with its vortex generating device for the gas / air mixture even in a relatively small combustion chamber. This is very important for such heaters or burners because the statutory emission limit values, in particular for nitrogen oxide and carbon monoxide, will be further reduced in the future.
  • the bulging outlet geometry at the mouth of the cylindrical flow path forms an effective barrier all around the flame, at least the flame root, and the hot gases recirculating in the combustion chamber. Furthermore, with the invention, the flame stability improves when modulating the gas burner, especially at lower powers. An unfavorable effect on emissions dilution of the fuel gas in the region of the flame edges is reduced or avoided.
  • the drawing illustrates an embodiment of the invention and schematically shows a heater in a vertical section.
  • the gas burner 1 is arranged in the lower region of the heater 2 and is associated with a heat exchanger 3. With a blower, not shown, a gas / air mixture is conveyed via a cylindrical flow path 4 with an inner diameter D1 into a combustion zone 5 in a closed combustion chamber 6. Before the confluence with a combustion zone 5 is a vortex generating device 7 for gas / air mixture for swirl generation in the flow path. 4
  • the cylindrical flow path 4 is provided with a widening outlet geometry 8, which is designed shell-like.
  • the inner diameter D2, D3 of the outlet geometry 8 increases linearly over its height and in the direction of the outlet.
  • the inner diameter D 2, D 3 of the outlet geometry 8 corresponds at least to 1.5 to 2.5 times the inner diameter D 1 of the cylindrical flow path 4 in the region of the orifice at the free end.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner (1) für ein Heizgerät (2) mit einem Gebläse zur Förderung eines Gas-/Luft-Gemisches sowie einer Wirbelerzeugungseinrichtung (7) in einem in eine Verbrennungszone (5) einmündenden zylindrischen Strömungsweg (4) des Gas-/Luft-Gemisches, welcher in einem abgeschlossenen Brennraum (6) angeordnet und einem Wärmetauscher (3) zugeordnet ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen emissionsarmen Gasbrenner für ein Heizgerät mit kompakter Bauform zu schaffen. Erfindungsgemäß weist der zylindrische Strömungsweg (4) an seiner Ausmündung eine sich aufweitende Auslassgeometrie (8) auf, welche eine Barriere zwischen der Flamme, zumindest der Flammenwurzel, und den im Brennraum rezirkulierenden Heizgasen bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Gattungsgemäße Gasbrenner für den Einsatz in Heizgeräten sind aus der US 5 735 681 und der US 5 879 148 bekannt. Sie besitzen ein Gebläse zur Förderung eines Gas-/LuftGemisches bzw. eines Luftstromes, in den Gas eingespeist wird. Im Strömungsweg des Gas-/Luft-Gemisches befindet sich eine Wirbelerzeugungseinrichtung zur intensiven Durchmischung sowie zur Drallerzeugung. Der zylindrische Strömungsweg mündet in eine Verbrennungszone ein, in der das Gas-/Luft-Gemisch verbrennt. Diese Verbrennungszone ist in einem abgeschlossenen Brennraum angeordnet und einem Wärmetauscher zugeordnet, welcher von den Heizgasen beaufschlagt und von Heizwasser durchströmt wird.
  • Heizgeräte, insbesondere Gas-Durchlauferhitzer, sind sehr kompakt aufgebaut und besitzen meistens geschlossene Brennräume zum raumluftunabhängigen Betrieb. Die Gasbrenner gemäß US 5 735 681 und US 5 879 148 waren allerdings nicht für den Betrieb in geschlossenen Brennräume optimiert und würden einen mindestens dreifach größeren umgebenden Brennraum benötigen, wie er üblicherweise in Heizgeräten mit einem entsprechend zugeordnetem Wärmetauscher zur Verfügung steht. Begründet ist dies mit zunehmenden Emissionen, insbesondere Kohlenmonoxid-Emissionen, bei der Gasverbrennung, weil sich eine Rezirkulation von Heizgasen im Brennraum einstellt. Dieses Rezirkulieren erstreckt sich ringsum von den oberen in die unteren Brennraumbereiche und nimmt starken Einfluss auf die Flamme. Besonders deren Randbereiche werden von außen her zum Zentrum der Flamme gedrängt, so dass sich eine sehr schlanke, hohe Flammenform ergibt, welche dem Wärmetauscher nahe kommt. Im Hinblick auf die Stickoxid-Emissionen bleibt dieser Effekt folgenlos bzw. verbessert sogar die Situation etwas. Dagegen steigen die Kohlenmonoxid-Emissionen dadurch stark an.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen emissionsarmen Gasbrenner für ein Heizgerät mit kompakter Bauform zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Der Gasbrenner für ein Heizgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Strömungsweg an seiner Ausmündung eine sich aufweitende Auslassgeometrie aufweist. Vorteilhafterweise ist der Bereich der Ausmündung des zylindrischen Strömungsweges innerhalb des Brennraumes mit einer sich aufweitenden Auslassgeometrie versehen, so dass dieser Bereich einen größeren Innendurchmesser als der zylindrische Strömungsweg besitzt. Damit wird die Flamme, besonders in deren Fußbereich, von der umgebenden Rezirkulationsströmung im Brennraum mindestens teilweise abgeschirmt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die sich aufweitende Auslassgeometrie schalenartig gestaltet und ragt frei in den Brennraum.
  • Der Innendurchmesser der Auslassgeometrie entspricht mindestens dem 1,0- bis 2,5-fachen Innendurchmesser des zylindrischen Strömungsweges, und die Höhe der Auslassgeometrie etwa dem 0,5- bis 2,5-fachen Innendurchmesser des zylindrischen Strömungsweges.
  • In einer ersten Ausführungsform bleibt der Innendurchmesser der Auslassgeometrie über deren Höhe konstant. In einer zweiten Ausführungsform nimmt der Innendurchmesser der Auslassgeometrie über deren Höhe und in Richtung der Ausmündung stetig zu, und in einer dritten Ausführungsform linear. Weiterhin kann der Innendurchmesser der Auslassgeometrie über deren Höhe und in Richtung der Ausmündung auch stufenweise zunehmen. Alle Varianten sind beliebig miteinander kombinierbar, so dass eine große Gestaltungsvielfalt, beispielsweise angepasst an Brennraum- und Wärmetauschergeometrie sowie Leistungsgröße des Gasbrenners, zur Verfügung steht.
  • In noch einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Innendurchmesser der Auslassgeometrie im Bereich der Ausmündung am freien Ende mindestens dem 1,5- bis 2,5-fachen Innendurchmesser des zylindrischen Strömungsweges.
  • Mit der Erfindung wird ein emissionsarmer Gasbrenner für ein Heizgerät mit kompakter Bauform geschaffen, welcher mit seiner Wirbelerzeugungseinrichtung für das Gas-/LuftGemisch auch in einem relativ kleinen Brennraum eine hohe Verbrennungsqualität erreicht. Dies ist für derartige Heizgeräte bzw. Brenner sehr wichtig, weil die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte, insbesondere für Stickoxid und Kohlenmonoxid, zukünftig weiter gesenkt werden.
  • Die sich aufweitende Auslassgeometrie an der Ausmündung des zylindrischen Strömungsweges bildet ringsum eine wirksame Barriere zwischen der Flamme, zumindest der Flammenwurzel, und den im Brennraum rezirkulierenden Heizgasen. Weiterhin verbessert sich mit der Erfindung die Flammenstabilität beim Modulieren des Gasbrenners, insbesondere bei geringeren Leistungen. Ein sich auf Emissionen ungünstig auswirkendes Verdünnen des Heizgases im Bereich der Flammenränder wird verringert bzw. vermieden.
  • Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt schematisch ein Heizgerät in einem vertikalen Schnitt.
  • Der Gasbrenner 1 ist im unteren Bereich des Heizgerätes 2 angeordnet und ist einem Wärmetauscher 3 zugeordnet. Mit einem nicht dargestellten Gebläse wird ein Gas-/LuftGemisch über einen zylindrischen Strömungsweg 4 mit einem Innendurchmesser D1 in eine Verbrennungszone 5 in einem abgeschlossenen Brennraum 6 gefördert. Vor der Einmündung in eine Verbrennungszone 5 befindet sich eine Wirbelerzeugungseinrichtung 7 für Gas-/Luft-Gemisch zur Drallerzeugung im Strömungsweg 4.
  • An seiner Ausmündung innerhalb des Brennraumes 6 ist der zylindrische Strömungsweg 4 mit einer sich aufweitenden Auslassgeometrie 8 versehen, welche schalenartig gestaltet ist. Der Innendurchmesser D2, D3 der Auslassgeometrie 8 nimmt über deren Höhe und in Richtung der Ausmündung linear zu. Dabei entspricht der Innendurchmesser D2, D3 der Auslassgeometrie 8 im Bereich der Ausmündung am freien Ende mindestens dem 1,5- bis 2,5-fachen Innendurchmesser D1 des zylindrischen Strömungsweges 4.
  • Es wird deutlich, dass die Verbrennungszone 5, insbesondere im Bereich der Flammenwurzel, durch die Auslassgeometrie 8 von der mit Pfeilen schematisch dargestellten Rezirkulationsströmung im Brennraum 6 abgeschirmt wird.

Claims (10)

  1. Gasbrenner (1) für ein Heizgerät (2) mit einem Gebläse zur Förderung eines Gas-/Luft-Gemisches sowie einer Wirbelerzeugungseinrichtung (7) in einem in eine Verbrennungszone (5) einmündenden zylindrischen Strömungsweg (4) des Gas-/LuftGemisches, welche in einem abgeschlossenen Brennraum (6) angeordnet und einem Wärmetauscher (3) zugeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Strömungsweg (4) an seiner Ausmündung eine sich aufweitende Auslassgeometrie (8) aufweist.
  2. Gasbrenner (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmündung des zylindrischen Strömungsweges (4) innerhalb des Brennraumes (6) mit einer sich aufweitenden Auslassgeometrie (8) versehen ist.
  3. Gasbrenner (1) nach den Ansprüchen 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die sich aufweitende Auslassgeometrie (8) schalenartig gestaltet ist.
  4. Gasbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D2) der Auslassgeometrie (8) mindestens dem 1,0- bis 2,5-fachen Innendurchmesser (D1) des zylindrischen Strömungsweges entspricht.
  5. Gasbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Auslassgeometrie (8) etwa dem 0,5- bis 2,5-fachen Innendurchmesser (D1) des zylindrischen Strömungsweges (4) entspricht.
  6. Gasbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D2) der Auslassgeometrie (8) über deren Höhe (H) konstant bleibt.
  7. Gasbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D2, D3) der Auslassgeometrie (8) über deren Höhe (H) und in Richtung der Ausmündung stetig zunimmt.
  8. Gasbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D2, D3) der Auslassgeometrie (8) über deren Höhe (H) und in Richtung der Ausmündung linear zunimmt.
  9. Gasbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D2, D3) der Auslassgeometrie (8) über deren Höhe (H) und in Richtung der Ausmündung stufenweise zunimmt.
  10. Gasbrenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (D3) der Auslassgeometrie (8) im Bereich der Ausmündung am freien Ende mindestens dem 1,5- bis 2,5-fachen Innendurchmesser (D1) des zylindrischen Strömungsweges (4) entspricht.
EP11165612.0A 2010-05-12 2011-05-11 Gasbrenner für ein Heizgerät Withdrawn EP2386797A3 (de)

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