Gasbrenner für ein Heizgerät

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.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Gasbrenner für ein Heizgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen emissionsarmen Gasbrenner für ein Heizgerät mit kompakter Bauform zu schaffen.

[0005] Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0006] 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.

[0007] In einer bevorzugten Ausführungsform ist die sich aufweitende Auslassgeometrie schalenartig gestaltet und ragt frei in den Brennraum.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt schematisch ein Heizgerät in einem vertikalen Schnitt.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

Ansprüche

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.

Zeichnung