EP2442027A2 - Heizgerät und Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes - Google Patents

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EP2442027A2
EP2442027A2 EP11185207A EP11185207A EP2442027A2 EP 2442027 A2 EP2442027 A2 EP 2442027A2 EP 11185207 A EP11185207 A EP 11185207A EP 11185207 A EP11185207 A EP 11185207A EP 2442027 A2 EP2442027 A2 EP 2442027A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust
housing
exhaust gas
combustion
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11185207A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2442027A3 (de
Inventor
Mustafa Ali Cakmak
Hürrem Murat Altay
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 EP2442027A2 publication Critical patent/EP2442027A2/de
Publication of EP2442027A3 publication Critical patent/EP2442027A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/08—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber for reducing temperature in combustion chamber, e.g. for protecting walls of combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00—Details
    • F24C15/001—Details arrangements for discharging combustion gases
    • F24C15/002—Details arrangements for discharging combustion gases for stoves of the closed type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24C—DOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C3/00—Stoves or ranges for gaseous fuels
    • F24C3/002—Stoves
    • F24C3/004—Stoves of the closed type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/03007—Sealed combustion chambers with balanced flue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/04—Gas or oil fired boiler

Definitions

  • the invention relates to a heater for combustion of a fuel gas-air mixture according to the prior art according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method other than the prior art for operating a heater for combustion of a fuel gas-air mixture according to the The preamble of claim 8.
  • the disadvantage of the heater described in the above application is the complex and expensive manufacture and maintenance of the heater, in particular the cost-increasing exhaust gas recirculation between the exhaust pipe and the air pipe. Since the combustion air and the fuel gas are homogeneously mixed before entering the burner in these devices, the nitrogen oxide emission is inherently low, so that the efficiency of the exhaust gas recirculation is reduced. Therefore, the exhaust gas recirculation system described in this application is more suitable for conventional equipment in which the combustion air and the fuel gas are not mixed in the burner.
  • the invention has for its object to develop a heater for combustion of a fuel gas-air mixture, which is constructed with simple means and allows a reliable and safe exhaust gas recirculation.
  • the aim is also a heater with low production costs and with a simple handling, especially in terms of construction and maintenance.
  • Another object of the invention is to provide a method for operating a heater for combustion of a fuel gas-air mixture, with which the nitrogen oxide content in the exhaust gas is further reduced at low cost.
  • a heater for combustion of a fuel gas-air mixture with a arranged in a combustion chamber burner, with a first supply for supplying a fuel gas or a fuel gas-air mixture, with a second supply for supplying combustion air, with a heat exchanger for transferring the heat of the exiting from the combustion chamber exhaust gases to be heated network or heating circuit, with an exhaust chamber for collecting the coming out of the heat exchanger cooled exhaust gases, with an exhaust fan for collecting the exhaust gases coming from the exhaust chamber and for forwarding the exhaust discharge, wherein the exhaust fan in A housing is arranged, which has a first opening for sucking the exhaust gases and a second opening for discharging the exhaust gases into the exhaust gas outlet, the invention provides that the housing of the exhaust gas fan is provided with at least one further opening for returning a partial exhaust gas stream into the combustion air ,
  • the manufacturing costs are correspondingly low. Likewise, there are no additional construction or maintenance costs.
  • the opening cross-section of the other openings in the housing of the exhaust fan is variable. In this way, the individual partial exhaust gas streams can be precisely regulated in order to achieve almost optimal combustion within the combustion chamber.
  • the further openings have different opening cross-sections. This makes it possible to optimize the amount of recirculated exhaust gases in the supply of combustion air and reduce the nitrogen oxides in the exhaust considerably.
  • the further openings are arranged annularly along the outer circumference of the housing.
  • the annular incisions can be produced inexpensively by simple means, since in particular no geometric changes must be made to the housing.
  • the exiting from the housing individual exhaust gases can optimally mix with the combustion air present in the heater.
  • a control device for regulating the amount of exhaust gas discharged is arranged, wherein in the control device, for example, a control valve is included to achieve an optimal emission reduction.
  • the control device ensures that an appropriate differential pressure is built up between the exhaust gas flowing through the exhaust fan and the combustion air located outside the housing, thus regulating the amount of exhaust gases flowing out of the housing and mixing into the combustion air.
  • an exhaust gas recirculation device can be integrated easily and without much labor and / or cost in a heater, the emission amount of nitrogen oxide compared to conventional heaters is significantly reduced.
  • the above-mentioned limit value of 50 mg / kWh can be undershot.
  • the provided in the housing of the exhaust fan openings for the return are as bypass openings within the heater, which significantly reduces the design effort.
  • the exhaust gases mixed with the air after exhaust gas recirculation play a fundamental role in the combustion reaction, they have no heat-generating role in the combustion reaction. These gases absorb some of the heat generated by the combustion of the fuels as their temperature rises. This leads to a reduction in the heat of the gases produced during combustion, ie to reduce the flame temperature. Furthermore, the exhaust gases recirculated into the combustion air reduce the oxygen concentration the gases in the combustion reaction. All these effects reduce the speed of the reactions which lead to the formation of nitrogen oxides and thus reduce the nitrogen oxides in the exhaust gases.
  • Another important embodiment of the method provides that a controllable differential pressure is built up between the exhaust gas in the housing and the combustion air in the device, so that the amount of recirculated exhaust gas can be maintained at the desired level.
  • This differential pressure can be controlled by a control device in the second opening of the housing or in the exhaust gas discharge.
  • the openings in the housing of the exhaust fan for advantageous regulation of the amount of recirculated exhaust gas partial flow can be changed, so that the opening cross sections can be opened and closed, for example.
  • the cross section of the further openings is also differently executable, for example, round, oval or square.
  • the cross sections can be opened or closed continuously or in separate steps.
  • the regulation of the recirculated exhaust gases described above is advantageous because the exhaust gas recirculation amount is different for different operating settings of the device. Too high a recirculation rate leads to unnecessary lowering of the flame temperature and thus the generation of nitrogen oxides is increasingly reduced, but this results in incomplete oxidation and an increase in pollutants such as CO.
  • the regulation of the amount of recirculated exhaust gas leads to an optimal balance between the invention achieved reduction of nitrogen oxides and the proliferation of other pollutants in the exhaust gas.
  • heater 1 is designed as a gas heater for combustion of a fuel gas-air mixture.
  • a combustion chamber 31 in which a burner 3 is arranged.
  • the burner 3 has in the lower region, ie in the lower region of the outer housing 11, a first supply 4 for supplying a fuel gas 41 or a premix of fuel gas 41 and combustion air into the burner 3.
  • a second supply 5 is provided by means of a Pipeline 52 or a concentric trigger the combustion air 51 from the outside of the heater 1 supplies.
  • the resulting in the combustion chamber 31 after combustion exhaust gases 61 transfer their heat by means of a heat exchanger 8 to the network or the heating circuit water, they are cooled after leaving the heat exchanger 8.
  • the cooled exhaust gases 61 leaving the heat exchanger 8 are collected in an exhaust gas chamber 9.
  • an exhaust fan 22 is provided in a housing 24, which sucks the exhaust gases 61 emerging from the exhaust gas chamber 9 and feeds directly to the exhaust pipe or the exhaust gas outlet 6.
  • the housing 24 is located above the combustion chamber 31, wherein a first opening 25 is provided in order to suck the exiting the exhaust chamber 9 exhaust gases 61 can.
  • a second opening 26 opens directly into the exhaust outlet 6.
  • a plurality of further openings 21 are distributed. Through this, a part 62 of the sucked by the blower 22 exhaust gases 61 out of the fan 22 out. A portion of these recirculated exhaust gases 62 mix directly with the combustion air 51 flowing through the apparatus and form the exhaust gas mixture 64. This combustion air-exhaust gas mixture 64 flows around the combustion chamber 31 to the burner 3. Since the other openings 21 a kind of bypass between the exhaust gases 61 and form the combustion air 51, no additional lines or bypass pipes for the return of the exhaust gases 61 are necessary.
  • the heater 1 thus comprises a total of a combustion chamber 31 with a burner 3, a supply means 4 to the burner 3, an exhaust gas removal means 6, a heat exchanger 8, a fan 22 in a housing 24 for discharging the exhaust gases 61 into the atmosphere and further openings 21 for returning the exhaust gases.
  • the openings 21 are arranged on the housing 24 of the exhaust fan 22. Further openings 21 establish a direct connection between the exhaust gases 61 and the combustion air 51.
  • the gas supply device 4 is used for supplying a gas 41 or a fuel gas-air mixture into the burner 3.
  • the supplied gas 41 and the fuel gas-air mixture 64 are burned in the combustion chamber 31.
  • the heat of an exhaust gas stream produced during combustion is conducted by means of a heat exchanger 8 to the networks to be heated or the water in the heating circuit.
  • the exhaust gases 61 that have flowed from the heat exchanger 8 into the exhaust gas chamber 9 are exhausted by a fan 22 and released into the atmosphere through the exhaust gas removal device 6.
  • a portion 62 of the exhaust gases 61 is supplied through the openings 21 on the housing 24 of the exhaust fan 22 directly to the combustion air 51, Thus, part of the exhaust gas mixed with the combustion air 51 is returned to the burner 3.
  • Fig. 2 shows, the housing 24 of the exhaust fan 22 sits directly on the combustion chamber 31, wherein the further openings 21 are arranged annularly along an outer circumference of the housing 24. In this way, an exhaust gas recirculation takes place without additional piping.
  • a control device 63 is arranged in the second opening 26 of the exhaust gas outlet 6 or in the exhaust gas outlet 6.
  • This device 63 is designed as a control valve controlled by an electric motor.
  • the control device 63 regulates the differential pressure between the exhaust gases 61 in the exhaust fan 22 and the device 1 for returning a defined amount of exhaust gas.
  • the combustion air supply 5 and the Abgasab Replacement 6 are formed coaxially with each other. But they can also be arranged directly next to each other. Since the mixture 64 produced by a part of the exhaust gases 62 and the combustion air 51 arises via the openings 21 of the housing 24 of the exhaust fan 22, the production costs of the exhaust gas recirculation heater 1 are minimal.
  • a plurality of openings 21 on the housing 24 of the blower 22 is arranged.
  • a portion 62 of the exhaust gases 61 recirculated in this way is regulated by means of a control flap 63, in particular for optimizing combustion in terms of emissions. But you can also change the opening cross-sections of the openings 21 in the housing 24 to regulate the amount of recirculated exhaust gas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizgerät (1) zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einem in einem Brennraum (31) angeordneten Brenner (3), mit einer ersten Zuführung (4) zum Zuführen eines Brenngases (41) oder eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einer zweiten Zuführung (5) zum Zuführen von Verbrennungsluft (51), mit einem Wärmetauscher (8) zum Übertragen der Wärme der aus der Brennkammer (31) austretenden Abgase (61) an die zu erwärmenden Netze oder das Wasser im Heizkreis, einer Abgaskammer (9) zum Sammeln der aus dem benannten Wärmetauscher (8) austretenden abgekühlten Abgase, mit einem Abgasgebläse (22) zum Sammeln und Abführen der in der genannten Abgaskammer (9) befindlichen Abgase (61) zu der Abgasabführung (6), wobei das genannte Abgasgebläse (22) das Abgas (61) durch eine Kammer (9) durch eine erste Öffnung (25) ansaugt und durch eine zweite Öffnung (26) die Abgase (61) in die Abgasabführung (6) abführt, und mit einem Gehäuse (24) in dem die genannten Öffnungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch weitere in dem Gehäuse (24) befindliche Öffnungen (21) ein Teil des in dem Abgasgebläse (22) vorhandenen Abgases (62) unmittelbar in die im Gerät (1) zum vorhandenen Brenner (3) strömende Verbrennungsluft (51) rückgeführt und vermischt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Heizgerät zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches gemäß Stand der Technik nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren anders als der Stand der Technik zum Betrieb eines Heizgerätes zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8.
  • In konventionellen Heizgeräten wird heutzutage ein Brenngas und eine Verbrennungsluft in einem Brenner teilweise vermischt. Dieses Brenngas-Luft-Gemisch wird mit der Sekundärluft im Brenner verbrannt und Abgase werden gebildet. Bei Geräten nach Stand der Technik werden das Brenngas und die Luft nicht homogen vermischt. Die Abgase verlassen den Wärmetauscher nach Abgabe der Wärme an die durch den Wärmetauscher führenden Leitungen oder das Wasser im Heizkreis und Abkühlung über die Abgasabführung in die Atmosphäre. Die Abgase enthalten verschiedene Schadstoffe, unter anderem Stickoxide, die ohne weitere Maßnahmen in relativ hohen Konzentrationen in die Atmosphäre freigesetzt werden. Um den Stickoxidanteil im Abgas eines Heizgerätes zu verringern, ist es nach dem Stand der Technik bekannt, sogenannte Abgasrückführungssysteme zu verwenden. Diese Systeme führen einen Teil des Abgases in die Verbrennungsluft oder das Brenngas-Luft-Gemisch zurück, wodurch die Temperatur der Flammen abgesenkt und so die Entstehung der Stickoxide aufgrund hoher Flammentemperatur (Verbrennungstemperaturen) verringert wird.
  • Eine solche Reduktion der Stickoxide ist heutzutage notwendig, um die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte einhalten zu können. Heutige Grenzwerte der konventionellen Heizgeräte liegen zwischen 100 mg/kWh und 150 mg/kWh. Zukünftig werden die Grenzwerte im Rahmen von neuen Regularien voraussichtlich um 50 mg/kWh liegen.
  • Aus der EP 0 272 660 A2 ist ein atmosphärisches Gasheizgerät mit einer solchen Abgasrückführung bekannt. Die Besonderheit des in diesem Dokument beschriebenen Gerätes ist, dass das Brenngas und die Verbrennungsluft vor Einführung in den Brenner homogen vermischt werden. Daher wird bei diesem Gerät die Verbrennungsluft und das Brenngas in voneinander getrennten Rohren gesammelt und vor Eintritt in den Brenner vermischt. Zur Verringerung der Stickoxide wird ein Teil der Abgase durch einen Bypass zwischen der Verbrennungsluft und dem Abgas in die Verbrennungsluft gemischt. Die Abgasrückführung in diesem Gerät wird dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Abgasrohr und dem Luftrohr mindestens eine zusätzliche Verbindung vorhanden ist und mindestens eine Regelvorrichtung die richtige Druckdifferenz zur Rückführung einer vordefinierte Abgasmenge aufbaut.
  • Der Nachteil des in der obigen Anmeldung beschriebenen Heizgeräts ist die aufwendige und teure Herstellung und Wartung des Heizgerätes, insbesondere die Kosten steigernde Abgasrückführung zwischen dem Abgasrohr und dem Luftrohr. Da bei diesen Geräten die Verbrennungsluft und das Brenngas vor Eintritt in den Brenner homogen vermischt werden, ist die Stickoxidemission von Natur aus gering, sodass die Effizienz der Abgasrückführung verringert wird. Daher ist das in dieser Anmeldung beschriebene Abgasrückführungssystem für konventionelle Geräte, in denen die Verbrennungsluft und das Brenngas im Brenner nicht vermischt werden, geeigneter.
    • AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizgerät zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches zu entwickeln, das mit einfachen Mitteln aufgebaut ist und eine ebenso zuverlässige wie sichere Abgasrückführung ermöglicht.
  • Angestrebt wird ferner ein Heizgerät mit geringen Herstellungskosten sowie mit einer einfachen Handhabung, insbesondere in Bezug auf Aufbau und Wartung.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches zu schaffen, mit dem der Stickoxidanteil im Abgas bei geringem Kostenaufwand weiter verringert wird.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gerätes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Bei einem Heizgerät zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einem in einem Brennraum angeordneten Brenner, mit einer ersten Zuführung zum Zuführen eines Brenngases oder eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einer zweiten Zuführung zum Zuführen von Verbrennungsluft, mit einem Wärmetauscher zum Übertragen der Wärme der aus dem Brennraum austretenden Abgase auf das zu erwärmende Netz oder Heizkreis, mit einer Abgaskammer zum Sammeln der aus dem Wärmetauscher kommenden abgekühlten Abgase, mit einem Abgasgebläse zum Sammeln der aus der Abgaskammer kommenden Abgase und zur Weiterleitung der Abgasabführung, wobei das Abgasgebläse in einem Gehäuse angeordnet ist, das eine erste Öffnung zum Ansaugen der Abgase und eine zweite Öffnung zum Abführen der Abgase in die Abgasabführung aufweist, sieht die Erfindung vor, dass das Gehäuse des Abgasgebläses mit wenigstens einer weiteren Öffnung zur Rückführung eines Abgasteilstromes in die Verbrennungsluft versehen ist.
  • Dadurch wird ein Teil des Abgasstroms, der für die Rückführung in die Verbrennungsluft vorgesehen ist, nicht mehr über das Abgasrohr mit einem Bypass umgeleitet, sondern unmittelbar aus dem Gehäuse des Abgasgebläses heraus mit einer einfachen Modifikation in die im Gerät vorhandene Verbrennungsluft eingeleitet. Damit reduziert sich der konstruktive Aufwand für das Heizgerät auf ein Minimum.
  • Die Herstellkosten sind entsprechend gering. Ebenso fallen keine zusätzlichen Aufbau- oder Wartungskosten an.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgeräts ist vorgesehen, dass der Öffnungsquerschnitt der weiteren Öffnungen im Gehäuse des Abgasgebläses veränderbar ist. Auf diese Weise können die einzelnen Abgasteilströme präzise reguliert werden, um innerhalb des Brennraumes eine nahezu optimale Verbrennung zu erreichen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgerätes ist vorgesehen, dass die weiteren Öffnungen unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen. Hierdurch lässt sich die Menge der in die Zufuhr der Verbrennungsluft rückgeführten Abgase optimieren und die Stickoxide im Abgas beachtlich reduzieren.
  • Konstruktiv ist es günstig, wenn die weiteren Öffnungen ringförmig entlang des Außenumfangs des Gehäuses angeordnet sind. Die ringförmigen Einschnitte lassen sich mit einfachen Mitteln kostengünstig herstellen, da am Gehäuse insbesondere keine geometrischen Änderungen vorgenommen werden müssen. Die aus dem Gehäuse austretenden einzelnen Abgase können sich optimal mit der im Heizgerät vorhandenen Verbrennungsluft vermischen.
  • In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgeräts ist vorgesehen, dass in der zweiten Öffnung des Gehäuses oder in der Abgasabführung eine Regeleinrichtung zur Regulierung der abgeführten Abgasmenge angeordnet ist, wobei in der Regeleinrichtung beispielsweise eine Regelklappe zur Erreichung einer optimalen Emissionssenkung beinhaltet ist.
  • Die Regeleinrichtung sorgt dafür, dass zwischen dem durch das Abgasgebläse strömenden Abgas und der außerhalb des Gehäuses befindlichen Verbrennungsluft ein angemessener Differenzdruck aufgebaut wird, somit wird die Menge der aus dem Gehäuse ausströmenden und sich in die Verbrennungsluft mischenden Abgase geregelt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches mit einem in einem Brennraum angeordneten Brenner, mit einer ersten Zuführung zum Zuführen eines Brenngases oder eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einer zweiten Zuführung zum Zuführen von Verbrennungsluft, mit einem Wärmetauscher zum Übertragen der Wärme der aus der Brennkammer austretenden Abgase an die zu erwärmenden Netze oder das Wasser im Heizkreis, mit einer Abgaskammer zum Sammeln der aus dem Wärmetauscher strömenden abgekühlten Abgase, mit einem Abgasgebläse, das die in der Abgaskammer befindlichen Abgase der Abgasabführung zuführt, wobei das Abgasgebläse in einem Gehäuse angeordnet ist, das eine erste Öffnung zum Ansaugen der Abgase und eine zweite Öffnung zum Abführen der Abgase in die Abgasabführung aufweist, sieht die Erfindung weiter vor, dass die Rückführung der Abgase direkt in den Verbrennungsluftstrom innerhalb des Heizgerätes erfolgt.
  • In anderen Worten wird gewährleistet, dass die Rückführung von einem Teil des Abgasstroms in den Verbrennungsluftstrom im Gerät stattfindet.
  • Dadurch, dass die Abgasrückführung innerhalb des Heizgerätes ausgebildet ist und somit die Rückführung direkt aus dem Gehäuse des Abgasgebläses nach außen fließt und direkt in die Verbrennungsluft vermischt wird, reduziert sich der konstruktive Aufwand für das Heizgerät, was sich günstig auf die Herstellkosten auswirkt. Dadurch sind keine aufwendigen und teuren Strömungseinbauten erforderlich, weder innerhalb der Abgasabführung, noch innerhalb der Verbrennungsluftzufuhr. Die Abgasrückführung reduziert die Stickoxidanteile im Abgas deutlich.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Heizgerät und dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes ist eine Abgasrückführungseinrichtung einfach und ohne großen Arbeits- und/oder Kostenaufwand in einem Heizgerät integrierbar, wobei die Emissionsmenge für Stickoxid im Vergleich zu herkömmlichen Heizgeräten deutlich reduziert ist. Der oben benannte Grenzwert von 50 mg/kWh kann unterschritten werden.
  • Die in dem Gehäuse des Abgasgebläses vorgesehenen Öffnungen für die Rückführung liegen als Bypassöffnungen innerhalb des Heizgerätes, was den konstruktiven Aufwand deutlich reduziert.
  • Da die nach der Abgasrückführung mit der Luft vermischten Abgase eine grundlegende Rolle in der Verbrennungsreaktion übernehmen, haben diese keine Wärme erzeugende Rolle in der Verbrennungsreaktion. Diese Gase absorbieren einen Teil der Wärme, welche bei der Verbrennung der Brennstoffe entsteht, während ihre Temperatur steigt. Dies führt zur Verringerung der Wärme der bei der Verbrennung entstehenden Gase, also zur Verringerung der Flammentemperatur. Weiterhin verringern die in die Verbrennungsluft rückgeführten Abgase die Sauerstoffkonzentration der Gase in der Verbrennungsreaktion. Alle diese Auswirkungen verringern die Geschwindigkeit der Reaktionen, welche zur Entstehung von Stickoxiden führen und somit werden die Stickoxide in den Abgasen verringert.
    Eine weitere wichtige Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass sich zwischen dem in dem Gehäuse befindlichen Abgas und der in dem Gerät befindlichen Verbrennungsluft ein kontrollierbarer Differenzdruck aufgebaut wird, sodass die Menge des zurückgeführten Abgases auf dem gewünschten Niveau gehalten werden kann. Dieser Differenzdruck kann durch eine Regelvorrichtung in der zweiten Öffnung des Gehäuses oder in der Abgasabführung kontrolliert werden.
    In einer anderen Ausführung können außerdem, die Öffnungen im Gehäuse des Abgasgebläses zur vorteilhaften Regulierung der Menge des rückgeführten Abgasteilstroms verändert werden, so dass die Öffnungsquerschnitte beispielsweise geöffnet und geschlossen werden können.
  • Der Querschnitt der weiteren Öffnungen ist ferner unterschiedlich ausführbar, beispielsweise rund, oval oder quadratisch. Die Querschnitte können kontinuierlich oder in separaten Schritten geöffnet bzw. geschlossen werden.
  • Die oben beschriebene Regelung der rückgeführten Abgase ist vorteilhaft, da die Abgasrückführungsmenge bei unterschiedlichen Betriebseinstellungen des Gerätes unterschiedlich ist. Eine zu hohe Rückführungsrate führt zur unnötigen Senkung der Flammentemperatur und somit wird die Entstehung der Stickoxide verstärkt reduziert, doch hat dies eine unvollständige Oxidation und einen Anstieg der Schadstoffe wie CO zur Folge. Die Regulierung der rückgeführten Abgasmenge führt zu einem optimalen Ausgleich zwischen der erfindungsgemäß erzielten Reduzierung der Stickoxide und der Vermehrung sonstiger Schadstoffen im Abgas.
  • Vorteilhaft ist ferner eine Anordnung der weiteren Öffnungen im Abgasgehäuse, ringförmig entlang des Außenumfangs des Gehäuses. Die auf diese Weise rückgeführten Abgase werden somit verteilt mit der Verbrennungsluft vermischt.
  • Die konstruktiven und charakteristischen Eigenschaften und alle Vorteile der Erfindung werden durch die unten aufgeführten Figuren und auf diese Figuren verweisenden detaillierten Erklärungen deutlich und daher sollte die Bewertung auch unter Berücksichtigung dieser Figuren und Details durchgeführt werden.
    • KURZERKLAERUNG ZU DEN FIGUREN
  • Die Zeichnung zeigt in
    • Fig. 1
    eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Heizgerätes mit einer Abgasrückführung und
    Fig. 2
    eine schematische Seitenansicht des Heizgerätes von Fig. 1.
  • Die Zeichnungen müssen nicht gezwungenermaßen maßstabsgetreu sein und zum Verständnis der Erfindung unnötige Details können vernachlässigt worden sein. Zudem wurden zum Großteil identische oder zumindest größtenteils identische Elemente mit identischen Zahlen dargestellt.
    • DETAILLIERTE ERKLAERUNG ZUR ERFINDUNG
  • Das in Fig. 1 allgemein bezeichnete Heizgerät 1 ist als Gasheizgerät zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches ausgebildet.
  • Es hat in einem Gehäuse 11 einen Brennraum 31, in dem ein Brenner 3 angeordnet ist. Der Brenner 3 hat im unteren Bereich, also im unteren Bereich des äußeren Gehäuses 11, eine erste Zuführung 4 zum Zuführen eines Brenngases 41 oder einer Vormischung von Brenngas 41 und Verbrennungsluft in den Brenner 3. Ferner ist eine zweite Zuführung 5 vorgesehen, die mittels einer Rohrleitung 52 oder einem konzentrischen Abzug die Verbrennungsluft 51 von außen dem Heizgerät 1 zuführt. Die im Brennraum 31 nach der Verbrennung entstehenden Abgase 61 übertragen ihre Wärme mittels eines Wärmetauschers 8 an das Netz oder das Heizkreiswasser, sie sind nach Verlassen des Wärmetauschers 8 abgekühlt. Die den Wärmetauscher 8 verlassenden abgekühlten Abgase 61 werden in einer Abgaskammer 9 gesammelt. Unterhalb der Abgasabführung 6 ist in einem Gehäuse 24 ein Abgasgebläse 22 vorgesehen, das die aus der Abgaskammer 9 austretenden Abgase 61 ansaugt und unmittelbar dem Abgasrohr bzw. der Abgasabführung 6 zuführt. Wie Fig. 2 zeigt, sitzt das Gehäuse 24 über dem Brennraum 31, wobei eine erste Öffnung 25 vorgesehen ist, um die aus der Abgaskammer 9 austretenden Abgase 61 ansaugen zu können. Eine zweite Öffnung 26 mündet direkt in der Abgasabführung 6. Ein Motor 28, welcher über eine Leiterplatte des Gerätes oder des Gebläses geregelt wird, treibt das Gebläserad 29 an.
  • In dem Gehäuse 24 des Abgasgebläses 22 sind mehrere weitere Öffnungen 21 verteilt. Durch diese kann ein Teil 62 der von dem Gebläse 22 angesaugten Abgase 61 aus dem Gebläse 22 heraus geführt werden. Ein Teil dieser rückgeführten Abgase 62 vermischt sich unmittelbar mit der durch das Gerät strömenden Verbrennungsluft 51 und formt das Abgasgemisch 64. Dieses Verbrennungsluft-AbgasGemisch 64 strömt um den Brennraum 31 zum Brenner 3. Da die weiteren Öffnungen 21 eine Art Bypass zwischen den Abgasen 61 und der Verbrennungsluft 51 bilden, sind keine zusätzlichen Leitungen oder Bypassrohre zur Rückführung der Abgase 61 notwendig.
  • Das Heizgerät 1 umfasst also insgesamt einen Brennraum 31 mit einem Brenner 3, eine Zufuhreinrichtung 4 zum Brenner 3, eine Abgasabfuhreinrichtung 6, einen Wärmetauscher 8, ein Gebläse 22 in einem Gehäuse 24 zum Abführen der Abgase 61 in die Atmosphäre und weitere Öffnungen 21 zum Zurückführen der Abgase.
  • Die Öffnungen 21 sind auf dem Gehäuse 24 des Abgasgebläses 22 angeordnet. Weitere Öffnungen 21 stellen eine unmittelbare Verbindung zwischen den Abgasen 61 und der Verbrennungsluft 51 her.
  • Die Gaszufuhreinrichtung 4 dient zum Zuführen eines Gases 41 oder eines Brenngas-Luft-Gemisches in den Brenner 3. Das zugeführte Gas 41 und das Brenngas-Luft-Gemisch 64 werden im Brennraum 31 verbrannt. Die Wärme eines bei der Verbrennung entstehenden Abgasstroms wird mittels eines Wärmetauschers 8 an die zu erwärmenden Netze oder das Wasser im Heizkreis geleitet. Die von dem Wärmetauscher 8 in die Abgaskammer 9 geströmten Abgase 61 werden von einem Gebläse 22 abgesaugt und durch die Abgasabführungsvorrichtung 6 in die Atmosphäre abgegeben. Ein Teil 62 der Abgase 61 wird durch die Öffnungen 21 auf dem Gehäuse 24 des Abgasgebläses 22 unmittelbar der Verbrennungsluft 51 zugeführt, somit wird ein Teil des mit der Verbrennungsluft 51 vermischten Abgases zurück in den Brenner 3 geführt.
  • Wie Fig. 2 zeigt, sitzt das Gehäuse 24 des Abgasgebläses 22 unmittelbar auf dem Brennraum 31, wobei die weiteren Öffnungen 21 ringförmig entlang eines Außenumfangs des Gehäuses 24 angeordnet sind. Auf diese Weise erfolgt eine Abgasrückführung ohne zusätzliche Rohrleitungen.
  • Um die Rückführung von Abgasen 61 zwecks Optimierung der Schafstoffemissionen regeln zu können, ist in der zweiten Öffnung 26 der Abgasabführung 6 oder in der Abgasabführung 6 eine Regeleinrichtung 63 angeordnet. Diese Vorrichtung 63 ist als eine mit Elektromotor kontrollierte Regelklappe ausgebildet. Die Regelvorrichtung 63 reguliert den Differenzdruck zwischen den Abgasen 61 im Abgasgebläse 22 und dem Gerät 1 zur Rückführung einer definierten Abgasmenge.
  • Ergänzend oder alternativ kann man auch den Öffnungsquerschnitt der weiteren Öffnungen 21 im Gehäuse 24 des Abgasgebläses 22 verändern, indem die Öffnungen 21 beispielsweise mit Klappen oder Schiebern versehen werden. Ebenso können die Öffnungen unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform des Heizgerätes 1 sind die Verbrennungsluftzuführung 5 und die Abgasabführung 6 koaxial zueinander ausgebildet. Sie können aber auch direkt nebeneinander angeordnet werden. Da das durch ein Teil der Abgase 62 und der Verbrennungsluft 51 entstehende Gemisch 64 über die Öffnungen 21 des Gehäuses 24 des Abgasgebläses 22 entsteht, sind die Herstellungskosten des Heizgerätes 1 mit Abgasrückführung minimal.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes 1 entsprechend des in den Fig. 1 und 2 gezeigten Heizgerätes 1 werden die folgenden Schritte durchgeführt:
    • Zuführen eines Brenngases 41 in einen im Brennraum 31 angeordneten Brenner 3 mittels einer Gaszufuhreinrichtung 4,
    • Die über die zweite Zuführung 5 in das Gerät 1 eintretende Verbrennungsluft 51 und ein Teil des über die Öffnungen des Gehäuses 24 eines Gebläses 22 heraustretenden Abgases 62 werden unmittelbar im Gerät 1 vermischt und erreichen den Brenner 3,
    • Verbrennen des Gas-Luft-Gemisches im Brennraum 31 unter Erzeugung von heißen Abgasen 61,
    • Die Wärme der aus dem Brennraum 31 strömenden Abgase 61 wird mittels des Wärmetauschers 8 an die zu erwärmenden Netze oder das Wasser im Heizkreis geleitet und die Abgase kühlen ab,
    • Die abgekühlten Abgase 61 werden durch ein Gebläse 22 von der Abgaskammer 9 angesaugt und durch eine Abgasabführung 6 in die Atmosphäre abgegeben.
  • Für die unmittelbare Rückführung eines Teils der Abgase 62 in den Verbrennungsluftstrom 51 ist eine Vielzahl von Öffnungen 21 am Gehäuse 24 des Gebläses 22 angeordnet. Ein Teil 62 der auf diesem Wege zurückgeführten Abgase 61 wird mittels einer Regelklappe 63, insbesondere zur Optimierung der Verbrennung in Bezug auf die Emissionen, reguliert. Man kann aber auch die Öffnungsquerschnitte der Öffnungen 21 im Gehäuse 24 verändern, um die rückgeführte Abgasmenge zu regulieren.

Claims (10)

  1. Heizgerät (1) zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einem in einem Brennraum (31) angeordneten Brenner (3), mit einer ersten Zuführung (4) zum Zuführen eines Brenngases (41) oder eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einer zweiten Zuführung (5) zum Zuführen von Verbrennungsluft (51), mit einem Wärmetauscher (8) zum Übertragen der Wärme der aus der Brennkammer (31) austretenden Abgase (61) an die zu erwärmenden Netze oder das Wasser im Heizkreis, einer Abgaskammer (9) zum Sammeln der aus dem genannten Wärmetauscher (8) austretenden abgekühlten Abgase, einem Abgasgebläse (22) zum Sammeln und Abführen der in der genannten Abgaskammer (9) befindlichen Abgase zu der Abgasabführung (6), wobei das genannte Abgasgebläse (22) das Abgas durch eine Kammer (9) durch eine erste Öffnung (25) ansaugt und durch eine zweite Öffnung (26) die Abgase (61) in die Abgasabführung (6) abführt, und mit einem Gehäuse (24) in dem die genannten Öffnungen (25, 26) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (24) des Abgasgebläses (22) mit wenigstens einer weiteren Öffnung (21) zur Rückführung eines Abgasteilstromes (62) aus dem in einem Gehäuse (24) angeordneten Abgasgebläse (22) in die zweite Zuführung (5) für die Verbrennungsluft (51) versehen ist.
  2. Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt der weiteren Öffnungen (21) im Gehäuse (24) des Abgasgebläses (22) veränderbar ist.
  3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Öffnungen (21) unterschiedliche Öffnungsquerschnitte aufweisen.
  4. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Öffnungen (21) zumindest abschnittsweise vorzugsweise ringförmig entlang eines Außenumfangs des Gehäuses (24) angeordnet sind.
  5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Öffnung (26) des Gehäuses (24) oder der Abgasabführung (6) zum Kontrollieren der Menge der abzuführenden Abgase (61) eine Regeleinrichtung (63) angeordnet ist.
  6. Heizgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (63) eine Regelklappe ist.
  7. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas ohne zusätzliche Rohrleitungen zurückgeführt wird, das Gehäuse (24) des Abgasgebläses (22) unmittelbar auf dem Brennraum (31) und die weiteren Öffnungen (21) auf dem Gehäuse (24) abschnittsweise ringförmig entlang eines Außenumfangs des Gehäuses (24) angeordnet sind.
  8. Verfahren zum Betrieb eines Heizgerätes (1) zur Verbrennung eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einem in einem Brennraum (31) angeordneten Brenner (3), mit einer ersten Zuführung (4) zum Zuführen eines Brenngases (41) oder eines Brenngas-Luft-Gemisches, mit einer zweiten Zuführung (5) zum Zuführen von Verbrennungsluft (51), mit einem Wärmetauscher (8) zum Übertragen der Wärme der aus der Brennkammer (31) austretenden Abgase (61) an die zu erwärmenden Netze oder das Wasser im Heizkreis, einer Abgaskammer (9) zum Sammeln der aus dem genannten Wärmetauscher (8) austretenden abgekühlten Abgase, einem Abgasgebläse (22) zum Sammeln und Abführen der in der genannten Abgaskammer (9) befindlichen Abgase zu der Abgasabführung (6), wobei das genannte Abgasgebläse (22) das Abgas durch eine Kammer (9) durch eine erste Öffnung (25) ansaugt und durch eine zweite Öffnung (26) die Abgase (61) in die Abgasabführung (6) abführt, und mit einem Gehäuse (24), in dem die genannten Öffnungen (25, 26) angeordnet sind, und mit einer Rückführung eines Abgasteilstromes (62) aus dem genannten Abgasgebläse (22) in die Verbrennungsluft (51), welche durch die zweite Zuführung (5) strömt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführung des Abgasteilstromes (62) unmittelbar in den Verbrennungsluftstrom, welcher zum Brenner (3) innerhalb des Heizgerätes (1) strömt, erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasteilstrom (62) innerhalb des Heizgerätes (1) unmittelbar aus einem Gehäuse (24) des Abgasgebläses (22) in das Gerät strömt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des genannten Gehäuses (24) ein Differenzdruck zur Regulierung der abgeführten Abgasmenge zwischen dem Abgas und dem Inneren des Gerätes erzeugt wird.
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