DE3623103A1 - Durchlauf- oder speicherwasserheizer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Durch­ lauf- oder Speicherwasserheizer gemäß den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.

Solche Wasserheizer sind einerseits bekanntgeworden zur Speisung einer Zentralheizung, also als sogenannte Um­ laufwasserheizer, oder zur Erhitzung von sanitärem Brauchwasser im reinen Durchlaufverfahren. Die Geräte werden meist als kaminlose Geräte aufgebaut, das heißt, sie beziehen die zur Verbrennung notwendige Luft über eine Frischluftleitung und führen die Abgase nach Pas­ sieren des Wärmetauschers über eine innen in der Frisch­ luftleitung liegende Abgasleitung wieder nach außen ab, wobei der Ventilator in der Abgasleitung liegt.

Bei diesen an und für sich sehr befriedigenden Geräten mit hoher Energieausnützung tritt in neuerer Zeit die Schwierigkeit auf, daß sie nicht mehr allen Ansprüchen bezüglich NOx-Armut der Abgase genügen.

Bei Öl- oder Gas-Gebläsebrennern ist es bekanntgeworden, den NOx-Anteil der Abgase durch eine Abgasrückführung zu senken. Das Prinzip beruht darauf, daß durch die Abgas­ rückführung die Temperatur der Verbrennung gesenkt wird, so daß es nicht mehr zu einer so starken Ausbildung des NOx-Anteils kommt. Die Abgasrückführung findet dort ihre Grenze, wo es zu einer unvollständigen Verbrennung kommt, das heißt, gegenläufig zur NOx-Minimierung ist ein An­ stieg der CO-Bildung zu erwarten.

Diese Verhältnisse sind nun nicht ohne weiteres auf Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit atmosphärischen Gasbrennern zu übertragen, da hier infolge Fehlens des Gebläsebrenners nicht der Impuls zur Verfügung steht, um die Abgase rezirkulieren zu lassen.

Die Erfindung besteht nun darin, daß erkannt wurde, daß bei ventilatorunterstützten Wasserheizern diese Möglich­ keit doch eröffnet werden könnte, so daß die Aufgabe der Erfindung darin liegt, eine NOx-Reduzierung im Abgasstrom bei Durchlauf- oder Speicherwasserheizern mit atmosphä­ rischen Brennern, die aber ventilatorunterstützt sind, zu erzielen. Für die Lösung der Erfindung sind drei Alter­ nativen möglich, die aus den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Ansprüche ersichtlich sind.

Die übrigen Unteransprüche beziehen sich auf weitere be­ sonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die auch aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Fig. 1 bis 6 der Zeichnung näher ersichtlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Durchlaufwasserheizer zur Speisung einer oder mehrerer Brauchwasserzapfstellen,

Fig. 2 einen Umlaufwasserheizer zur Speisung einer Zentralheizung und

Fig. 3 einen Speicherwasserheizer zur Versorgung ei­ nes oder mehrerer Badezimmer.

Fig. 4 eine Brennerkammer eines Reihenbrenners in per­ spektivischer Ansicht,

Fig. 5 eine Brennerkammer in Ansicht von oben und

Fig. 6 eine Variante der Erfindung.

In allen sechs Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen je­ weils die gleichen Einzelheiten.

Der Durchlaufwasserheizer 1 gemäß Fig. 1 weist ein äußeres Gehäuse 2 auf, das in einem Abstand 3 ein Gehäuse einer Brennerkammer 4 umschließt. Die Brennkammer weist an ihrem unteren Einlaßende 5 einen atmosphärischen Gas­ brenner 6 auf, der einen Sammelraum und einen Injektor 8 aufweist, in dessen Anfang 9 eine Gasdüse 10 Gas ein­ bläst, das ihr über eine mit einem Ventil versehene Gas­ zuleitung 11 zugeführt wird. Die Brennkammer ist an ihrem oberen Ende 12 durch einen Wärmetauscher 13 abgeschlos­ sen, dem aufzuheizendes Wasser über eine Frischwasser- Zulaufleitung zugeführt wird und dem das erwärmte Wasser über eine Zapfleitung 15 abgeführt wird.

Oberhalb des Wärmetauschers 13 ist ein Abgassammelraum 16 vorgesehen, an den eine Abgasabfuhrleitung 17 angeschlos­ sen ist, an deren Anfang ein Abgasgebläse 18 angeordnet ist. Die Abgasleitung 17 kann entweder durch eine Wand des Aufstellraums in die Atmosphäre geführt sein oder an einen Kamin angeschlossen sein.

Die Abgasabfuhrleitung 17 ist in einem Abstand 19 umgeben von einer Frischluft-Zufuhrleitung 20, die entweder von der Atmosphäre kommt oder an einen Zuluftzufuhrschacht angeschlossen ist. Die Zuluftzufuhrleitung 20 kann die Abgasabfuhrleitung konzentrisch in zylindrischer Formge­ staltung umgeben, muß es aber nicht. Die Frischluft-Zu­ fuhrleitung mündet an der Oberseite des Gehäuses 2 in diese, so daß bei förderndem Abgasventilator 18 Zuluft über die ringförmige Zuluftzuführung 19 von der Atmo­ sphäre angesaugt wird, den gesamten Außenraum der Brenn­ kammer 4 umspült und am unteren Ende 5 in der Gegend des Brenners in den Innenraum 12 eintritt. Hier ermöglicht die Zuluft die Verbrennung, indem sie als Sekundärluft unterstützend einwirkt. Die Primärluft stammt aus der gleichen Zuluftquelle, tritt jedoch in das untere Ende 9 des Injektors ein, und zwar unter dem Impuls des aus der Düse 10 ausströmenden Brenngases. Diese Luft wird als Primärluft bezeichnet und vermischt sich mit dem Gas im Zuge des Injektors 8 oder der Mischkammer 7.

Erfindungsgemäß ist nun eine Zweigleitung 21 vorgesehen, die an die Abgasabfuhrleitung 17 stromab des Ventilators 18, aber stromauf der Mündungsstelle angeschlossen ist und die unmittelbar in die Zuluftzufuhrleitung 20 ge­ führt ist, indem sie in dem Zwischenraum 19 endet. Bevor­ zugt ist das Ende als Rohrumlenkung 22 ausgebildet, deren Auslaß in Strömungsrichtung der zuströmenden Zuluft ge­ richtet ist. Im einfachsten Fall kann die Leitung 21 als Loch dargestellt werden, das in den Außenmantel der Ab­ gasabfuhrleitung 17 eingebracht ist. Die Leitung 21 ist zwischen dem Ventilator und einer Staublende 47 ange­ schlossen, wobei die Staublende stromab des Ventilators aber stromauf des Auslasses des Abgasrohres 17 in die At­ mosphäre angeordnet ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 liegt der Unterschied einmal in der andersartigen Gerätegattung, die Leitung 14 ist hier nämlich die Rücklaufleitung einer Heizungsanlage, während die Leitung 15 die Vorlaufleitung dieser Heizungsanlage ist. In der Rücklaufleitung liegt eine Umwälzpumpe 30. Die Erfindung ist in einer zweiten Alternative so gestaltet, daß die Zweigleitung 21, wieder­ um ausgehend von einem Loch 31 in der Abgasabfuhrleitung 17, nunmehr in die Mischkammer 7 des Brenners 6 geführt ist und dort in einem mit einer Vielzahl von Löchern 32 versehenen Rohrende endet. Die einzelnen Löcher sollen einer gleichmäßigen Verteilung des rezirkulierenden Ab­ gases dienen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das re­ zirkulierende Abgas dem Primärluftanteil der brennstoff­ beheizten Wärmequelle beigemischt, während die Sekundär­ luft hiervon überhaupt nicht betroffen ist.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 handelt es sich um einen Speicherwasserheizer, der in Abweichung zu den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 2 einen Wasserspeicher 40 aufweist, dessen Außenmantel mit dem Brennkammerraum der Fig. 1 und 2 vergleichbar ist. Der Speicher wird innen von einem Flammrohr 41 be­ grenzt, zwischen Flammrohr und Speicheraußenwandung bil­ det sich der Wasserspeicherraum 42, der einen Ringraum darstellt. Der Speicherraum wird an seiner Unterseite durch einen konkav gewölbten Boden 43 begrenzt, der als Ring ausgebildet ist und das Flammrohr mit der Außenwand ringsum verbindet. Dadurch entsteht die eigentliche Brennkammer 44 erst unterhalb des Bodens 43. In die Brennkammer reicht der atmosphärische Brenner 6, der gleichermaßen einen Injektor 8 aufweist. In den Einlaß 9 des Injektors bläst nicht nur die Gasdüse 10 ein, sondern auch der Auslaß 45 der Zweigleitung 21. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird also das rezirkulierende Abgas ausschließlich der Primärluft beigemischt.

Aus dieser Figur ist noch ersichtlich, daß in die Gaszu­ leitung 11 ein Gasventil 46 eingefügt ist. Der Ventilator 18 ist an der Oberseite des Speicheraußengehäuses 40 ange­ ordnet, er wirkt, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschrieben.

Alle drei Ausführungsbeispiele unterscheiden sich zum ei­ nen in der Wahl des Gerätes und zum anderen in der Wahl des Einbringungsortes des zurückzuführenden Abgases. Es muß an dieser Stelle gesagt werden, daß es gleichgültig ist, bei welchem Gerät an welcher Stelle die Abgasrück­ führung erfolgt. Alle drei Rückführungsstellen haben ihre speziellen Vor- und Nachteile, sie sind nicht an eine bestimmte Geräteausführung gebunden.

Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sowohl Primär- als auch Sekundärluft gleichermaßen mit rückzu­ führendem Abgas beaufschlagt werden, wird nach dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 2 das Abgas im wesentlichen einen Teil der Sekundärluft aufgegeben, während es nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 nur der Primärluft beigegeben wird. Der Abgasanteil soll 10% des Abgasmassenstroms betragen.

Es wäre auch möglich, die Abgasrückführung sowohl gemäß Fig. 1 vorzunehmen als auch zusätzlich alternativ gemäß den Fig. 2 oder 3. Hiermit wird erreicht, daß die gesamte Verbrennungsluft, unabhängig von ihrer späteren Aufteilung als Primär- und Sekundärluft, einen relativ kleinen Anteil von zugemischtem Abgas aufweist, etwa 5 %, während der Rest des zuzuführenden Abgases ausschließlich der Primär- oder Sekundärluft zugeführt wird. Diese Art der Zuführung richtet sich dann nach den Ausführungsverhältnissen des Brennraums und des Brenners.

Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, kann man auch das rezirkulierende Abgas ausschließlich dem Sekundärluft­ strom beimischen. So zeigt die Fig. 4 eine Brennkam­ mer 49 des Brenners 6, die aus der innenliegenden Mischkammer 7 und einer sie außen im Abstand 49 umgeben­ den Abdeckung 50 besteht. Die Abdeckung bildet an ihrer Unterseite 51 zusammen mit der Unterseite 52 der Misch­ kammer einen Zuführungskanal 53, in den die Zweigleitung 21 einmündet. Das hier zugefügte Abgas steigt in den Zwi­ schenräumen 50 und 50′ beiderseits der senkrecht stehen­ den Außenwandungen der Mischkammer 7 hoch und mündet in den obenliegenden Auslässen dieser Zwischenräume. Die Mischkammer weist an ihrer Oberseite Brennschlitze 54 mit relativ großen Durchlässen und jeweils dazwischen Brenn­ schlitze 55 mit relativ kleinen Auslaßöffnungen auf, wo­ bei letztere zur Erzeugung von Halteflammen dienen. Der Abstand 50 und 50′, der sich als senkrechter Schlitz dar­ stellt, ist nun so gestaltet, daß die Wellentäler 56 dort liegen, wo ein Haftflammenschlitz 55 angeordnet ist, während die Wellenberge 57 dort liegen, wo ein großer Brennschlitz 54 angeordnet ist. Damit wird erreicht, daß in großen Austrittsstellen 54 relativ viel Abgas beige­ mischt wird, während den kleinen Austrittsstellen, wo auch nur wenig Gas ausströmt, kleine Abgasmengen beige­ mischt werden.

Hierbei ist entscheidend, daß der rückgeführte Abgasstrom in den Bereich der Flammenwurzel der einzelnen Hauptbren­ nerflammen geführt wird. Hierdurch wird eine Art Stufen­ verbrennung möglich, da die in der primären Verbrennungs­ zone des aus den Brennerschlitzen 54, 55 ausströmenden Gasluftgemisches zusammen mit dem rückgeführten Abgas und einem partiellen Sekundärluftstrom zu einer leicht unter­ stöchiometrischen Teilverbrennung mit niedrigem Tempera­ turniveau führt. Der Hauptanteil der Sekundärluft kann stromabwärts der Austritte des Abgases die Verbrennungs­ zone ohne Behinderung erreichen und führt zu einem voll­ ständigen Ausbrand der Flamme in einer zweiten Verbrennungsstufe.

Die Ausbildung der Strömungskante in unmittelbarer Nähe der Brennerschlitze ist entweder als vertikaler Spalt (Gerade oder mäanderförmig) ausgebildet oder mit einer leichten Ablenkung in Richtung auf die Brennerschlitze. Wichtig ist eine möglichst homogene Mischung von dem Gas­ luftgemisch einerseits (Gas und Primärluft) und dem re­ zirkulierenden Abgas andererseits im Bereich der Flammenwurzel.

Die Abgasbeimischung kann je nach konstruktiver Ausbil­ dung des Vormischbrenners einseitig oder beidseitig erfolgen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 handelt es sich um ein eigentlich kaminloses Gerät, das nur mit thermischem Abzug der Abgase arbeitet. Hierbei ist in der Zweigleitung 21 ein relativ kleiner Abgasventilator 18 vorgesehen, der von einem Motor 58 angetrieben wird. Mit diesem relativ kleinen schwachlastigen Abgasventilator gelingt auch hier die Abgasrückführung. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel braucht keine Staublende 47 in der Abgas­ leitung vorhanden sein, da der erforderliche Druckunter­ schied zum rezirkulierenden Abgas durch den Schwachlast­ ventilator selbst aufgebracht wird.

Claims (9)

1. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmeaustausch zum Wasser stattfindet und die unter Zwischenschal­ tung eines Ventilators mit einer Zuluftzufuhr- und Abgasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasabfuhrleitung (17) über eine Zweigleitung (21) unmittelbar mit der Zuluftleitung (20) verbunden ist.

2. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei konzentrischer Abgasab- und Zuluftzuführung die Zweigleitung durch eine Ausnehmung (31) in der innenliegenden Abgasabfuhrleitung (17) ausge­ führt ist.

3. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmeaustausch zum Wasser stattfindet und die unter Zwischenschal­ tung eines Ventilators mit einer Zuluftzufuhr- und Abgasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasabfuhrleitung (17) mit einem Injektor (8) des Gasbrenners (6) über eine Zweigleitung (21) verbunden ist.

4. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitung (21) im Spalt zwischen Injektorrohr und Gasdüse (10) mündet.

5. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmetausch zum Wasser stattfindet und die unter Zwischenschaltung ei­ nes Ventilators mit einer Zuluftzufuhr- und Ab­ gasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasabfuhrleitung (17) über eine Zweigleitung (21) mit der Oberseite des Brenners beziehungsweise seiner Mischkammer verbunden ist.

6. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer mit einer von einem atmosphärischen Gasbrenner beheizten Brennkammer, über die ein Wärmetausch zum Wasser stattfindet und die mit einer Abgasabfuhrleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasabfuhrleitung (17) über eine Zweigleitung (21), in der ein Abgasventilator (18) vorgesehen ist, unmittelbar mit der Zuluftleitung (20) oder mit einem Injektor (8) des Gasbrenners (6) oder mit der Oberseite des Brenners beziehungsweise seiner Mischkammer verbunden ist.

7. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abgasbeimischung ausschließlich in der Primärluft, ausschließlich in der Sekundärluft oder verteilt auf beide stattfindet.

8. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach An­ spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner als Rostbrenner ausgebildet ist und daß die einzelnen Brennerkammern des Brenners mit einer Abdeckung (49) versehen sind, so daß ei­ nerseits oder beiderseits der Brennschlitz-Aus­ trittsöffnungen (54, 55) der Mischkammer (7) des Brenners (6) Schlitze (50, 50′) entstehen, in die die Zweigleitung (21) mündet, und daß durch entsprechende Formgebung der Schlitze das Abgas der Flammenwurzel beigemischt wird.

9. Durchlauf- oder Speicherwasserheizer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei unterschiedlich großen Brennschlitzöffnungen (54, 55) der Brennerkammer die Abdeckung (49) wellenförmig ausgebildet ist und daß die Wellen­ berge den großen Brennschlitzöffnungen, die Wellentäler hingegen den kleinen Brennschlitz­ öffnungen zugeordnet sind.