NL1002563C2

NL1002563C2 - Heating device, especially for hot water appliances.

Info

Publication number: NL1002563C2
Application number: NL1002563A
Authority: NL
Inventors: Maarten Joannes Botman; Willem Meijer; Klaus Danner; Hans-Joachim Klink
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1995-03-11
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-03-28
Also published as: IT1283188B1; DE19508908A1; NL1002563A1; ITMI960421A1; ITMI960421A0

Description

Titel: verwarmingsinrichting, in het bijzonder voor heetwaterapparaten.Title: heating device, in particular for hot water appliances.

De uitvinding gaat uit van een verwarmingsinrichting van het type als beschreven in de kop van conclusie 1. Bij verwarmingsinrichtingen van dit type hebben de brandervlam-men op grond van hun vorm een groot oppervlak in verhouding 5 tot hun volume, zodat de vlammen goed worden gekoeld en de temperatuur daarvan niet in een voor wat betreft de N0X-vorming schadelijk gebied stijgt. Bij bekende verwarmingsinrichtingen van het hierboven genoemde type (DE 37.87.810 T2) is een atmosferische brander met een cilindrisch 10 branderlichaam aanwezig, waarbij ter verkrijging van een voldoende toevoer van secundaire lucht de steeds uit twee axiaal achter elkaar gelegen groepen bestaande, een vlindervlam vormende groepenparen van uittree-openingen met naar verhouding grote afstand in omtreksrichting van het 15 branderlichaam ten opzichte van elkaar zijn aangebracht.The invention is based on a heating device of the type as described in the preamble of claim 1. In heating devices of this type, the burner flames, because of their shape, have a large surface area in proportion to their volume, so that the flames are properly cooled and the temperature thereof does not rise in an area harmful to the NOx formation. In known heating devices of the above-mentioned type (DE 37.87.810 T2), an atmospheric burner with a cylindrical burner body is present, in which, in order to obtain a sufficient supply of secondary air, the butterfly-shaped groups consisting of two axially successive groups groups of pairs of outlet openings having a relatively large circumferential distance from the burner body to one another are provided.

Deze verwarmingsinrichtingen hebben een beperkt modulatie-gebied. De vlindervormige vlammen bereiken bovendien slechts een geringe hoogte, zodat ook de geometrische omstandigheden van brander en branderkamer goed op elkaar moeten zijn afge-20 stemd.These heaters have a limited range of modulation. Moreover, the butterfly-shaped flames only reach a small height, so that the geometric conditions of the burner and the combustion chamber must also be well coordinated.

Voordelen van de uitvindingAdvantages of the invention

Bij de opstelling volgens de uitvinding met de in het 25 kenmerk van de hoofdconclusie opgenomen maatregelen kan de mengsel-uittreesnelheid belangrijk groter zijn dan de vlamsnelheid, zodat een hoge specifieke vlaktebelasting van de brander aan het kiezen van de afmetingen daarvan ten grondslag ligt, d.w.z. dat de brander zeer compact kan 30 worden uitgevoerd. De vorm van de vlamfronten kan door geschikte plaatsing en uitvoering van de uittree-openingen worden gevarieerd en aan een gegeven vorm van de branderruimte worden aangepast.In the arrangement according to the invention with the features included in the feature of the main claim, the mixture exit speed can be considerably higher than the flame speed, so that a high specific surface load of the burner is the basis for choosing its dimensions, ie that the burner can be made very compact. The shape of the flame fronts can be varied by suitable placement and design of the outlet openings and adapted to a given shape of the burner space.

1002563 21002563 2

Door de in de volgconclusies aangegeven kenmerken zijn voordelige uitvoeringsvormen van de constructie volgens de hoofdconclusie mogelijk.Due to the features indicated in the subclaims, advantageous embodiments of the construction according to the main claim are possible.

Een bijzonder compacte uitvoering wordt verkregen 5 indien de gasbrander een holcilindrische branderkop heeft, waaraan het brandgas-luchtmengsel centraal inwendig wordt toegevoerd en waarbij de uittree-openingen door spleten worden gevormd, die door vlakke, op axiale afstand gehouden schijfvormige elementen worden begrensd. Het totale 10 oppervlak van de sleufvormige uittree-openingen kan relatief klein van afmeting zijn, waardoor ook van het aanbrengen van mengselverdeelinrichtingen in het inwendige van de branderkop kan worden afgezien. Bij een dergelijke uitvoering van de brander en de plaatsing daarvan in een cilindrische 15 branderkamer kan de toevoerdruk van het brandstof-luchtmeng-sel in een hoog vermogensgebied ook zodanig worden opgevoerd, dat zich een stabiel vlamfront los van de brander in de verbrandingskamer vormt en zich tegen de verbrandingskamerwand aanlegt.A particularly compact design is obtained if the gas burner has a hollow-cylindrical burner head, to which the fuel-air-air mixture is fed centrally internally and wherein the outlet openings are formed by slits, which are bounded by flat, axially spaced disc-shaped elements. The total surface area of the slit-shaped exit openings can be relatively small in size, so that it is also possible to dispense with the provision of mixture distribution devices in the interior of the burner head. With such a design of the burner and its placement in a cylindrical burner chamber, the supply pressure of the fuel-air mixture in a high power range can also be increased in such a way that a stable flame front forms separately from the burner in the combustion chamber and against the combustion chamber wall.

20 De schijfvormige elementen ter begrenzing van de sleuf- vormige uittree-openingen kunnen met voordeel worden gevormd door afwisselend gelaagde ringsegmenten, die zich nagenoeg zonder afval uit een vlakke plaatstrook laten uitstansen.The disc-shaped elements delimiting the slit-shaped exit openings can advantageously be formed by alternately layered ring segments, which can be punched out of a flat sheet strip practically without waste.

In bepaalde gevallen kan het voordelen bieden wanneer 25 de verbrandingskamer ten opzichte van de kopwand van de branderkop door warmte-overdragende wanden is begrensd en een branderkop in de kopwand met bij voorkeur ringvormige, in zich gesloten uittree-openingen is aangebracht.In certain cases it may be advantageous if the combustion chamber is bounded with respect to the end wall of the burner head by heat-transferring walls and a burner head is arranged in the end wall with preferably annular, closed-out openings.

Bij een dergelijke uitvoering van de branderkop kunnen 30 de uittree-openingen in de kopwand met voordeel schuin ten opzichte van de hartlijn van de branderkop zijn aangebracht, zodat de verbrandingsgassen direkt komen aan te liggen tegen een groter warmte-overdrachtsoppervlak van de verbrandingskamerwand.In such an embodiment of the burner head, the outlet openings in the end wall can advantageously be arranged obliquely with respect to the axis of the burner head, so that the combustion gases come to bear directly against a larger heat transfer surface of the combustion chamber wall.

35 De branderkop kan zowel uitsluitend aan de omtrek alsook uitsluitend ter plaatse van de kopwand van uittree-openingen voor het brandstof-luchtmengsel zijn voorzien. Een 1 0 0 λ. 5 6 3 3 bijzonder hoge vermogensdichtheid van de brander wordt verkregen wanneer beide maatregelen worden getroffen, de branderkop derhalve zowel aan de omtrek alsook ter plaatse van de kopwand overeenkomstig is uitgevoerd. Wanneer in dit 5 geval de uittree-openingen ter plaatse van de kopwand schuin ten opzichte van de hartlijn van de branderkop zijn aangebracht, kan zich in samenwerking met het vlamfront, dat ter plaatse van de nabij de kopwand gelegen uittree-openingen ontstaat, een praktisch halfkogelvormige vlam 10 vormen.The burner head can be provided with outlet openings for the fuel-air mixture both exclusively on the periphery and only at the location of the end wall. A 1 0 0 λ. 5 6 3 3 particularly high power density of the burner is obtained when both measures are taken, the burner head is therefore correspondingly designed both on the periphery and at the location of the end wall. In this case, if the outlet openings are disposed obliquely relative to the center line of the burner head at the location of the head wall, a practical result can arise in cooperation with the flame front, which arises at the location of the outlet openings located near the end wall. semi-spherical flame 10.

De overeenkomstig de uitvinding uitgevoerde verwarmingsinrichting kan ook worden toegepast bij heetwaterapparaten met een op gebruikelijke wijze uitgevoerde warmte-overdrachtsinrichting, die bestaat uit 15 een de verbrandingskamer afsluitend lamellenblok met daardoor heen gevoerde waterbuisspiraal. In dit geval wordt voorgesteld dat de gasbrander bestaat uit een rooster van langgerekte branderstaven, waarvan de sleufvormige uittree-openingen zijn gevormd tussen aan de zijde van de verbran-20 dingskamer open staafhuizen op evenwijdige afstand bevestigde strookelementen.The heating device designed according to the invention can also be used in hot water appliances with a heat transfer device which is constructed in the usual manner and which consists of a lamella block closing the combustion chamber with a water tube spiral passed through it. In this case, it is proposed that the gas burner consists of a grate of elongated burner rods, the slit-shaped exit openings of which are formed between rod elements openly spaced on the combustion chamber side.

Tekening 25 Vijf uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn in de tekening weergegeven en in de hierna volgende beschrijving nader toegelicht. De figuren 1-5 tonen elk de gasbrander van een der uitvoeringsvoorbeelden in vereenvoudigde doorsnede. Figuur 6 toont een verwarmingsinrichting met een gasbrander 30 volgens figuur 1.Drawing 25 Five embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figures 1-5 show the gas burner of one of the exemplary embodiments in a simplified cross-section. Figure 6 shows a heating device with a gas burner 30 according to Figure 1.

Beschrijving der uitvoeringsvoorbeeldenDescription of the exemplary embodiments

De gasbrander volgens fig. 1 heeft een als 35 holcilindrisch lichaam uitgevoerde branderkop 10, waaraan inwendig een homogeen voorgemengd brandstof-luchtmengsel onder druk van een ventilator wordt toegevoerd. De aan de 1002563 4 kopzijde gesloten branderkop 10 is voorzien van radiale, sleufvormige uittree-openingen 12, die zich over de volledige omtrek van de branderkop 10 uitstrekken. Ter vorming van de uittree-openingen 12 dienen twee groepen 14, 5 16 van ringschijven 18 van geringe dikte, bijvoorbeeld 1 mm, die door een bredere ringschijf 20 van elkaar zijn gescheiden. De ringschijven 18, 20 zijn door middel van bouten 20 gecentreerd aan de flens van een branderbuis 24 bevestigd en door op de bouten 20 geschoven schijven 26 op 10 een met de sleufbreedte overeenkomende afstand van elkaar gehouden.The gas burner according to Fig. 1 has a burner head 10 constructed as a hollow cylindrical body, to which is fed internally a homogeneous premixed fuel-air mixture under pressure from a fan. The burner head 10 closed at the head end 1002563 4 is provided with radial, slot-shaped exit openings 12, which extend over the entire circumference of the burner head 10. Two groups 14, 16 of ring discs 18 of small thickness, for example 1 mm, which are separated from each other by a wider ring disc 20 serve to form the outlet openings 12. The ring disks 18, 20 are centrally attached to the flange of a burner tube 24 by means of bolts 20 and are kept at a distance corresponding to the slot width by disks 26 slid onto the bolts 20.

Het toegevoerde, volledig voorgemengde brandstof-luchtmengsel stroomt tussen de ringschijven 18 in de richting van de pijlen A radiaal naar buiten. Daarbij vormen 15 zich ter plaatse van de uittreeranden 28 van de bredere ringschijf 20 terugstroomwervels, die ook bij toegenomen toevoerdruk en hoge uitstroomsnelheid de wortels van de vlammen van de daar uittredende mengseldelen ter plaatse van de middelste ringschijf 20 vasthouden. Daarentegen kunnen 20 zich aan de naburige uittree-openingen 12 geen vlammen hechten, zodat aldaar onverbrand mengsel naar buiten stroomt, dat eerst bij het binnentreden in de stabiel op de ringschijf 20 vastgehouden vlam ontstoken raakt en wordt verbrand. Daardoor vormen zich twee in zichzelf gesloten 25 vlamfronten 30, 32, die divergerend in de ruimte steken en aldaar hun hete verbrandingsgassen in de richting van de pijlen B aan de warmte-overdragende vlakken respectievelijk media afgeven. De gasbrander is in een breed gebied, bijvoorbeeld in de verhouding 1:10 moduleerbaar en de 30 vlamfronten branden in de ruimte met homogene, beneden 1200°C gelegen temperatuur.The supplied fully premixed fuel-air mixture flows radially outward between the ring discs 18 in the direction of the arrows A. At the location of the exit edges 28 of the wider ring disc 20, backflow vortices are formed which retain the roots of the flames of the mixture parts exiting there at the middle ring disc 20 even with increased supply pressure and high outflow velocity. On the other hand, flames cannot adhere to the neighboring exit openings 12, so that unburned mixture flows out there, which is first ignited and burned when entering the flame stably retained on the ring disc 20. As a result, two self-closed flame fronts 30, 32 form, which diverge in space and deliver their hot combustion gases therein in the direction of the arrows B to the heat-transferring surfaces or media. The gas burner can be modulated in a wide range, for example in the ratio 1:10 and the 30 flame fronts burn in the room with a homogeneous temperature below 1200 ° C.

Bij de gasbrander volgens fig. 2 is een branderkop 34 ook aan de kopzijde van ringsleufvormige uittree-openingen 36 voorzien, die concentrisch ten opzichte van een kern 38 35 zijn aangebracht en een in zich gesloten, kelkvormig vlamfront 40 doen ontstaan.In the gas burner according to Fig. 2, a burner head 34 is also provided on the front side with annular slot-shaped exit openings 36, which are arranged concentrically with respect to a core 38 and which create an enclosed, chalice-shaped flame front 40.

1002563 51002563 5

Bij de gasbrander volgens fig. 3 zijn aan de kopzijde van een branderkop 42 scheef ten opzichte van de hartlijn daarvan, ringsleufvormige uittree-openingen 44 aangebracht, waardoor zich bij verhoogde toevoerdruk van het brandstof-5 luchtmengsel een sterk divergerend, kelkvormig vlamfront 46 vormt. Bij geschikte plaatsing van de radiale uittree-openingen kan worden bereikt dat het vlamfront 46 zich met het naburige, radiaal uittredende vlamfront 30 verenigt tot een aan de buitenzijde kogelvormig gewelfd ringvlamfront.In the gas burner of FIG. 3, annular slot-like outlets 44 are provided on the head side of a burner head 42, obliquely relative to the centerline thereof, whereby a strongly divergent, chalice-shaped flame front 46 is formed with increased supply pressure of the fuel-air mixture. When the radial exit openings are arranged appropriately, it can be achieved that the flame front 46 unites with the neighboring, radially emerging flame front 30 to form an externally ball-shaped domed annular flame front.

10 Bij de gasbrander volgens fig. 4 wordt een branderkop 48 gevormd door een reeks boven elkaar aangebrachte helften van de basisopbouw volgens fig. 1, waardoor een reeks gelijkgerichte vlamfronten 32 in de vorm van waaierhelften ontstaan.In the gas burner of FIG. 4, a burner head 48 is formed by a series of halves of the base construction of FIG. 1 superposed to form a series of rectified flame fronts 32 in the form of fan halves.

15 Fig. 5 toont een staafvormig branderelement 50 met een aan de zijde van de verbrandingsruimte open huis 52, in de openingsrand waarvan een reeks lamellen 54 en in het midden een bredere stabiliseringsstrook 56 is bevestigd, welke lamellen tussen zich in de sleufvormige uittree-openingen 58 20 vormen. Analoog aan de hiervoor beschreven, cilindrische brandergeometrieën ontstaan ook hier twee divergerende, in de ruimte reikende vlamfronten 60, 62 die zich elk gesloten over de totale lengte van het branderelement 50 uitstrekken.FIG. 5 shows a rod-shaped burner element 50 with a housing 52 open on the combustion space side, in the opening edge of which a series of slats 54 and in the middle a wider stabilizing strip 56 is mounted, which slats form between the slit-shaped exit openings 58 . Analogous to the cylindrical burner geometries described above, here again two divergent, space-extending flame fronts 60, 62 each extend closed over the entire length of the burner element 50.

De verwarmingsinrichting volgens fig. 6 heeft een 25 gasbrander met de in fig. 1 weergegeven branderkop 10, die in een verbrandingskamer 64 is aangebracht en aan een daaruit gevoerde toevoerbuis 66 is bevestigd. In de toevoerbuis 66 stuwt een ventilator 68 een brandstof-luchtmengsel, dat in de toevoerbuis 66 volledig wordt gehomogeniseerd. In 30 de verbrandingskamer 64 is een verbrandingsruimte 70 gevormd, die aan de onderzijde door een spiraalvormig warmte-overdrachtsmiddel 72 voor voor te verwarmen water is afgedekt.The heating device according to Fig. 6 has a gas burner with the burner head 10 shown in Fig. 1, which is arranged in a combustion chamber 64 and is attached to a feed pipe 66 fed therefrom. In the supply tube 66, a fan 68 pushes a fuel-air mixture, which is completely homogenized in the supply tube 66. A combustion space 70 is formed in the combustion chamber 64, which is covered at the bottom by a spiral-shaped heat transfer means 72 for water to be heated.

De verbrandingskamer 64 is komvormig uitgevoerd en met 35 zijn open einde over de branderkop 10 en het warmte-overdrachtselement 72 geschoven. De aan de onderzijde gelegen opening van de verbrandingskamer 64 is afgesloten "002563 6 door een luchtgeleidingsplaat 74, die de rookgassen in een rookgaskanaal 76 voert. De watervoerende buis van het warmte-overdrachtselement 72 is aan de ingang met een aansluitbuisstuk 78 en aan de uitgang via een gebogen 5 verbindingsbuis 80 met een waterkamer 82 verbonden, die de verbrandingskamer 64 omgeeft. Daardoor wordt een in serie geplaatste, tweede warmte-overdrachtsinrichting gevormd, waarvan een uitlaatbuis 84 leidt naar een niet weergegeven apparaat-aansluiting.The combustion chamber 64 is cup-shaped and is slid with its open end over the burner head 10 and the heat transfer element 72. The bottom opening of the combustion chamber 64 is closed by an air baffle plate 74, which feeds the flue gases into a flue gas duct 76. The water-carrying pipe of the heat transfer element 72 is at the entrance with a connecting pipe piece 78 and at the outlet connected via a curved connecting tube 80 to a water chamber 82, which surrounds the combustion chamber 64. Thereby, a series-placed, second heat transfer device is formed, of which an outlet tube 84 leads to a device connection (not shown).

10 Door de in samenhang met fig. 1 beschreven werkwijze van de brander breiden zich de gestabiliseerde vlamfronten 30, 32 over een groot oppervlak in de verbrandingsruimte 70 uit, waardoor het oplopen van de vlamtemperatuur in een de vorming van NOx-bevorderend gebied wordt vermeden. De 15 opstelling kan zodanig zijn dat in het bovenste vermogens-gebied van de inrichting de vlamfronten los komen van de branderkop 10 en zich tegen de warmte-overdragende wand van de verbrandingskamer 64 stabiliseren.By the burner method described in conjunction with FIG. 1, the stabilized flame fronts 30, 32 extend over a large area in the combustion space 70, thereby avoiding the rise of the flame temperature in an NOx-promoting region. The arrangement may be such that in the upper power range of the device, the flame fronts separate from the burner head 10 and stabilize against the heat transfer wall of the combustion chamber 64.

10025631002563

Claims

1. Heating device, in particular for hot water appliances, provided with a combustion chamber bounded by heat-transferring walls and a gas burner arranged therein, the active combustion surface of which is provided with outlet openings for a combustion gas-air mixture arranged in parallel planes, which groups are packed together with a small parallel distance and the parallel distance between the groups is chosen so wide that diverging flames form, characterized in that 10 a) the outlet openings (12, 58), which are always in a plane, are at least approximately over the total operating burner extend or are distributed therewith at equal, short intervals, b) the preferably fan-assisted supply pressure of the homogeneously premixed combustion components and thereby the resulting exit speed of the fuel-air mixture to be increased fanning out, space li Flame fronts (30, 32, 60, 62) 20 which reach into the combustion chamber and stabilize therein are formed, which abut only with their flame base on the gas burner.

Heating device according to claim 1, characterized in that the gas burner has a hollow cylindrical burner head (10, 34, 42, 48), to which the combustion gas-air mixture is fed internally centrally and that the outlet openings (12) are slots are formed which are delimited by flat, axially spaced disc elements (18).

Heating device according to claim 2, characterized in that the disc elements (18) are formed by alternately layered ring segments.

Heating device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that preferably annular exit openings (36, 44) are arranged in the end wall of the burner head (34, 42).

Heating device according to claim 4, characterized in that the outlet openings (36, 44) are arranged in the end wall of the burner head (42) at an angle to the burner head axis.

Heating device according to claim 1, characterized in that the gas burner comprises at least one elongated burner rod (50), the slit-shaped exit openings (58) of which are formed between rod housing (52) open parallel to the combustion chamber side -10 and attached strip members (54, 56). 1 0 0 2 5 6 3