DE20109170U1 - Atmosphärischer Gasbrenner - Google Patents

Description

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Atmosphärischer Gasbrenner

Die Erfindung bezieht sich auf einen atmosphärischen Gasbrenner mit einer mit Gasaustrittsöffnungen versehenen Brennfläche, die im Bereich der Gasaustrittsöffnungen mit mindestens einem kühlmittelführenden Kühlkanal in Wärmekontakt steht, und mit einer gaszufuhrseitig der Brennfläche angeordneten Gas-Luft-Mischeinheit aus Kunststoff.

Bei derartigen Brennern wird von einem Gasverteilerrohr zugeführtes Gas in einer Gas-Luft-Mischeinheit mit Luft vermischt und gelangt zu einer durch Kühlmittel (insbesondere Wasser) gekühlten Brennfläche, wo das Gas-Luft-Gemisch durch Gasaustrittsöffnungen ausströmt und verbrennt.

Bei atmosphärischen Gasbrennern allgemein sind für günstige Betriebseigenschaften die Querschnittsfläche, Anzahl und Anordnung der Gasaustrittsöffnungen sowie die Austrittsgeschwindigkeit des Gas-Luft-Gemisches durch die Gasaustrittsöffnungen von großer Bedeutung. Beim Brennerbetrieb besteht grundsätzlich die Gefahr, daß die Flamme in die gaszufuhrseitig der Brennfläche angeordnete Gas-Luft-Mischeinheit zurückschlägt, weshalb das Verhältnis von Austrittsquerschnitt und Austrittsgeschwindigkeit so zu wählen ist, daß ein Flammenrückschlag mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Bei einem an sich gewünschten großen Austrittsquerschnitt ist die Flatranenruckschlaggefahr erhöht. Es ist jedoch nur bedingt möglich, die Rückschlaggefahr durch eine Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit zu verringern, da bei größerer Geschwindigkeit Fließgeräusche auftreten, die gerade beim Einsatz des Brenners bei in Wohnräumen genutzten Heizgeräten als störend empfunden werden. Andererseits kann der Austrittsquerschnitt auch nicht beliebig verringert werden, da ein zu geringer Querschnitt zum einen zu einem hohen Druckverlust führt, der oftmals ohne Hilfsgebläse nicht überwunden werden kann, und zum anderen wiederum einen Anstieg der Fließgeräusche bewirkt.

Es ist jedoch bekannt, daß die Flanunenrückschlaggefahr mit abnehmender Flamintemperatur reduziert ist, d.h. je mehr Wärme der Flamme entzogen wird, desto größer kann der Austrittsguerschnitt gewählt werden, ohne daß die Rückschlaggefahr ansteigt.

Diese Kenntnis wird bei atmosphärischen Gasbrennern mit einer durch Kühlmittel gekühlten Brennfläche umgesetzt. Die Brennfläche besteht bei derartigen Brennern in der Regel aus einem gelochten oder geschlitzten Edelstahlblech oder aus Metallgewebe. Im Bereich der Gasaustrittsöffnungen steht mindestens ein kühlmittelführender Kühlkanal mit der Brennfläche in Wärmekontakt, wobei der Kühlkanal dazu dient, die Brennfläche zu kühlen. Dies führt zu einer Reduktion der Flammtemperatur, wodurch bei relativ großem Austrittsquerschnitt der Gasaustrittsöffnungen die Gefahr des Flammenrückschlages in die Gas-Luft-Mischeinheit reduziert ist. Ein weiterer Effekt der Kühlung besteht darin, daß bei einer relativ niedrigen Flammtemperatur die Schadstoffemission (insbesondere Stickoxidausstoß) des Brenners verringert ist.

Die Kühlung der Brennfläche kann dabei beispielsweise derart realisiert sein, daß ein entsprechend ausgeformtes Edelstahlblech auf einen aus Kupferrohren gebildeten Kühlkörper aufgelegt ist, wodurch es mit diesem in Wärmekontakt steht. Das in der Gas-Luft-Mischeinheit erzeugte Gas-Luft-Gemisch gelangt nach Durchströmen des Kühlkörpers zu der Brennfläche, wo es verbrennt.

Desweiteren sind atmosphärische Gasbrenner mit in die Brennfläche integrierter Wasserkühlung bekannt, bei denen die Brennfläche zwei aneinander anliegende, miteinander verschweißte Edelstahlbleche umfaßt, zwischen denen durch lokale Ausformungen Kühlkanäle gebildet sind (z.B. DE 198 45 356 Al, DE 197 22 289 Al) .

Ferner sind atmosphärische Gasbrenner mit Brennflächen aus Aluminium vorgeschlagen worden. Um eine ausreichende Kühlung zu erzielen, ist es jedoch bei derartigen Brennern erforderlich,

die Brennfläche samt Kühlkanälen als stofflichen Verbundkörper (z.B. in Form eines Strangpreßkörpers) auszubilden (z.B. DE 200 01 107 Ul, DE 195 45 844 Al) . Die gute Wärmeleitfähigkeit des Aluminiums und der direkte Wärmekontakt zwischen Brennfläche und Kühlkanälen (fehlende stoffliche Grenzen) bewirken dabei, daß große Wärmemengen von der Brennfläche an das Kühlwasser abgeführt werden, weshalb die Gasaustrittsöffnungen einen relativ großen Querschnitt haben. Die Kühlung des Verbundkörpers ist bei dem Brenner gemäß der DE 200 01 107 Ul so effektiv, daß die an den Verbundkörper gaszufuhrseitig angrenzende Gas-Luft-Mischeinheit nicht wie herkömmlich aus Metall besteht, sondern aus Kunststoff. Nachteilig bei derartigen Verbundkörpern aus Aluminium ist jedoch, daß sie bedingt durch das eingesetzte Material und das zur dessen Verarbeitung erforderliche Herstellungsverfahren sehr kostenaufwendig sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen atmosphärischen Gasbrenner der eingangs genannten Art bereitzustellen, der sich durch ausreichend große Gasaustrittsöffnungen, geringen Druckverlust an den Austrittsöffnungen, schwache Fließgeräusche und hohe Flammenrückschlagsicherheit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem atmosphärischen Gasbrenner der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Brennfläche aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung gefertigt ist.

Eine Brennfläche aus Kupfer oder einer geeigneten Kupferlegierung (der Einfachheit halber wird im folgenden verkürzt nur von einer "Kupferbrennfläche" bzw. "Brennfläche" gesprochen) bietet gegenüber einer Brennfläche aus Aluminium aufgrund der im Vergleich zu Aluminium ca. doppelt so hohen Wärmeleitfähigkeit des Kupfers mehrere Vorteile. Zum einen ist es nicht zwingend erforderlich, Brennfläche und Kühlkanal als Verbundkörper auszubilden. Vielmehr kann für eine effektive Kühlung der Brennfläche eine einfach gestaltete Kühlmittelführung zum Einsatz kommen, indem z.B. der mindestens eine Kühlkanal an die Brennfläche lediglich angrenzt, wodurch sich der Fertigungsaufwand für

die Brennfläche verringert. Zum anderen kann bei dem erfindungsgemäßen Brenner die Brennfläche in geringerer Materialstärke ausgebildet sein, so daß der Materialeinsatz und damit die Herstellungskosten gegenüber einer Aluminiumbrennfläche reduziert sind. Insgesamt ist es somit mit einer gekühlten Kupferbrennfläche möglich, sehr große Wärmemengen von der Brennfläche an das Kühlmittel abzuführen, und zwar bei relativ großem und damit fließgeräuscharmem, druckverlustreduziertem Querschnitt der Gasaustrittsöffnungen. Die Kühlung ist bei dem erfindungsgemäßen Brenner darüber hinaus so effektiv, daß die gaszufuhrseitig der Brennfläche vorgesehene Gas-Luft-Mischeinheit kostengünstigerweise aus Kunststoff gefertigt ist.

Es ist weiterhin vorteilhaft vorgesehen, daß der mindestens eine Kühlkanal aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung gefertigt ist. Infolge der gleichen Wärmeleitfähigkeit von Brennfläche und Kühlkanal wird die Kühlung der Brennfläche verbessert, und es treten im wesentlichen keine durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten bedingte Spannungen zwischen den Bauteilen auf.

Für eine effektive Brennflächenkühlung weist die Brennfläche gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung mindestens eine Einprägung auf, an die der mindestens eine Kühlkanal wärmeleitend angrenzt. Die Einprägung kann dabei nach außen oder nach innen in Richtung Gas-Luft-Mischeinheit gerichtet sein, wobei der Kühlkanal bei entsprechender Querschnittsanpassung in die Einprägung eingelegt sein kann. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, die mindestens eine Einprägung in Form einer in Richtung der Gas-Luft-Mischeinheit weisenden rinnenförmigen Vertiefung auszubilden und den mindestens einen Kühlkanal gaszufuhrseitig der Brennfläche anzuordnen. Durch diese Maßnahme kann der Querschnitt des Kühlkanals (und damit die Intensität der Kühlung) unabhängig von den Dimensionen der Einprägung gewählt werden. Ferner wird auf diese Weise der Ausstrom des Gas-Luft-Gemisches durch die Gasaustrittsöffnungen relativ gering beeinträchtigt .

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der mindestens eine Kühlkanal in Form eines Kupferrohres ausgebildet und an der Unterseite der mindestens einen rinnenförmigen Vertiefung befestigt, z.B. durch Hartlöten oder Laserschweißen. Auf diese Weise wird der Wärmekontakt zwischen Brennfläche und Kühlkanal verbessert und damit die Kühlung der Flamme intensiviert. Ein weiterer Vorteil fertigungstechnischer Art liegt darin, daß für die Kühlung somit handelsübliche Kupferrohre verwendet werden können.

Fertigungstechnisch läßt sich die Brennfläche des erfindungsgemäßen Brenners vorteilhafterweise durch Tiefziehen herstellen. Dabei kann die Brennfläche allein das Tiefziehteil bilden, an das die Gas-Luft-Mischeinheit aus Kunststoff direkt angrenzt. Ferner kann die Brennfläche Bestandteil eines als Tiefziehteil ausgebildeten Brenneroberteils sein, an das die Gas-Luft-Mischeinheit angrenzt.

Die Gasaustrittsöffnungen sind dabei vorzugsweise in Form von in das Tiefziehteil eingebrachten, insbesondere gestanzten, Schlitzen ausgebildet.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Gasbrenners in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine verkleinerte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gasbrenners und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 2

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen atmosphärischen Gasbrenner 1 mit einer mit Gasaustrittsöffnungen 2 versehenen Brennfläche 3, die im Bereich der Gasaustrittsöffnungen 2 mit mindestens einem kühlmittelführenden (hier wasserführenden) Kühlkanal 4 in Wärmekontakt steht. Wesentlich für diesen Brenner 1 ist, daß die Brennfläche 3 aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung

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gefertigt ist. Wie insbesondere in den Fig. 1 und 3 gut erkennbar, ist die Brennfläche 3 als Tief ziehteil ausgebildet, und zwar ist sie Bestandteil eines kastenförmigen, tiefgezogenen Brenneroberteils 5, dessen Stirnseiten 6 an eine gaszufuhrseitig der Brennfläche 3 angeordnete Gas-Luft-Mischeinheit 7 aus Kunststoff angrenzen.

Die Brennfläche 3 weist zwei Einprägungen 8 auf, an die der mindestens eine gaszufuhrseitig der Brennfläche 3 angeordnete Kühlkanal 4 wärmeleitend angrenzt und die die Brennfläche 3 in drei Segmente untergliedern. In den einzelnen Segmenten der Brennfläche 3 sind zahlreiche Gasaustrittsöffnungen 2 reihen- und spaltenweise angeordnet. Sie sind zweckmäßigerweise in Form von nachträglich in das Tiefziehteil eingebrachten, und zwar hier gestanzten, Schlitzen 9 ausgebildet. Anzahl, Anordnung und Ausbildung der Gasaustrittsöffnungen 2 können selbstverständlich auch anders realisiert sein.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zwei Einprägungen 8 in Form von in Richtung der Gas-Luft-Mischeinheit 7 weisenden rinnenförmigen Vertiefungen 10 ausgebildet, wobei ein einziger Kühlkanal 4 in Form eines U-förmig gebogenen Rohres vorgesehen ist, das seitlich in das Brenneroberteil 5 eingesteckt ist. Der Kühlkanal 4, der für eine günstige Wärmeübertragung ebenfalls aus Kupfer bzw. einer kupferhaltigen Legierung gefertigt ist, ist in Form eines Kupferrohres ausgebildet und an der Unterseite 11 der rinnenförmigen Vertiefungen 10 befestigt (beispielsweise durch Hartlöten oder Laserschweißen). Dabei ist jeder rinnenförmigen Vertiefung 10 jeweils ein gerader Abschnitt des derart gestalteten Kühlkanales 4 zugeordnet. Der Kühlkanal 4 ist an ein nicht weiter dargestelltes Kühlmittelsystem angeschlossen. Wie in Fig. 3 gut zu erkennen ist, wird durch die Anordnung des Kühlkanales 4 an der Unterseite 11 der rinnenförmigen Vertiefungen 10 die Strömung des Gas-Luft-Gemisches durch die Gasaustrittsöffnungen 2 trotz eines großen Kühlkanalquerschnittes relativ wenig behindert.

Bedingt durch die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit des Kupfers und eine günstige Anordnung, Ausbildung und Dimensionierung der

Gasaustrittsöffnungen 2 sowie der Kühlmittelführung haben sich zwei rinnenförmige Vertiefungen 10 und ein entsprechend geformter Kühlkanal 4 für eine effektive Brennflächenkühlung und damit Flammtemperaturreduktion als ausreichend erwiesen. Selbstverständlich kann die Kühlung der Brennfläche 3 jedoch auch auf andere Weise realisiert sein. Anstelle eines U-förmigen Kühlkanales 4 können bei zwei rinnenförmigen Vertiefungen 10 z.B. zwei gesonderte Kühlkanäle 4 vorgesehen sein. Ferner können Anzahl und Form der Einprägungen 8 variiert werden, wobei entweder ein mäanderförmiger Kühlkanal 4 oder eine entsprechend höhere Anzahl an Kühlkanälen 4 (mit ggf. anderen Abmessungen) zum Einsatz kommen können.

Die gaszufuhrseitig der Brennfläche 3 vorgesehene Gas-Luft-Mischeinheit 7 ist aus einem temperaturbeständigen Kunststoff gefertigt, wodurch im Vergleich zu einer Mischstrecke aus Metall bei dem erfindungsgemäßen Gasbrenner 1 die Materialkosten reduziert sind. Dieser kostengünstige Materialwechsel ist insbesondere durch die intensive Kühlung der Brennfläche 3 ermöglicht. Der Kunststoff ist dabei derart gewählt, daß er einer dauerhaften Temperaturbeaufschlagung von ca. 150 ⁰C standhält.

Die Gas-Luft-Mischeinheit 7 dient dazu, das aus einer Gasleitung kommende Gas mit der benötigten Menge an Luft zu vermischen. Sie ist hier wannenartig ausgebildet und weist im wesentlichen drei Bereiche auf (vgl. Fig. 3), und zwar erstens einen hier acht Eintrittsöffnungen 12 aufweisenden Gas-Luft-Eintrittsbereich 13, zweitens sich daran anschließende rohrförmige Gas-Luft-Mischbereiche 14 und drittens eine Kammer 15, die der Brennfläche 3 gaszufuhrseitig vorgeschaltet ist, wobei im Gas-Luft-Eintrittsbereich 13 ein Gasverteiler 16 mit acht Düsen 17 angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß die Gas-Luft -Mischeinheit 7 per SchnellVerschluß 18 am Tiefziehteil (hier am Brenneroberteil 5) befestigt ist, wobei ein Dichtmittel 19 einen Gasaustritt im Übergangsbereich von der Gas-Luft-Mischeinheit 7 zum Tiefziehteil unterbindet.

Mit der beschriebenen Gestaltung der Brennfläche 3 sowie Anordnung und Ausbildung der Kühlmittelführung ist es aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Kupfers möglich, den Brennerflammen so viel Wärme zu entziehen und auf das Kühlmedium zu übertragen, daß trotz relativ großer Gasaustrittsöffnungen 2 ein Rückschlag der Brennerflammen in die Gas-Luft-Mischeinheit 7 ausgeschlossen werden kann. Bedingt durch die relativ großen Austrittsquerschnitte sind sowohl der Druckverlust an den Gasaustrittsöffnungen 2 als auch die Fließgeräusche des ausströmenden Gas-Luft-Gemisches reduziert.

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Bezugszeichenliste

1 atmosphärischer Gasbrenner

2 Gasaustrittsöffnung

3 Brennfläche

4 Kühlkanal

5 Brenneroberteil

6 Stirnseite von 5

7 Gas-Luft-Mischeinheit

8 Einprägung

9 Schlitz

10 rinnenförmige Vertiefung

11 Unterseite von

12 Eintrittsöffnung

13 Gas-Luft-Eintrittsbereich

14 Gas-Luft-Mischbereich

15 Kammer

16 Gasverteiler

17 Düse

18 Schnellverschluß

19 Dichtmittel

Claims (10)

1. Atmosphärischer Gasbrenner mit einer mit Gasaustrittsöffnungen (2) versehenen Brennfläche (3), die im Bereich der Gasaustrittsöffnungen (2) mit mindestens einem kühlmittelführenden Kühlkanal (4) in Wärmekontakt steht, und mit einer gaszufuhrseitig der Brennfläche (3) angeordneten Gas- Luft-Mischeinheit (7) aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfläche (3) aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung gefertigt ist.

2. Atmosphärischer Gasbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfläche mindestens eine Einprägung (8) aufweist, an die der mindestens eine Kühlkanal (4) wärmeleitend angrenzt.

3. Atmosphärischer Gasbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Einprägung (8) in Form einer in Richtung der Gas-Luft-Mischeinheit (7) weisenden rinnenförmigen Vertiefung (10) ausgebildet ist und der mindestens eine Kühlkanal (4) gaszufuhrseitig der Brennfläche (3) angeordnet ist.

4. Atmosphärischer Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kühlkanal (4) aus Kupfer oder einer kupferhaltigen Legierung gefertigt ist.

5. Atmosphärischer Gasbrenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Kühlkanal (4) in Form eines Kupferrohres ausgebildet ist und an der Unterseite (11) der mindestens einen rinnenförmigen Vertiefung (10) befestigt ist.

6. Atmosphärischer Gasbrenner nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfläche (3) zwei rinnenförmige Vertiefungen (10) aufweist und ein einziger Kühlkanal (4) in Form eines U-förmig gebogenen Rohres vorgesehen ist.

7. Atmosphärischer Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennfläche (3) als Tiefziehteil ausgebildet ist.

8. Atmosphärischer Gasbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (2) in Form von in das Tiefziehteil eingebrachten, insbesondere gestanzten, Schlitzen (9) ausgebildet sind.

9. Atmosphärischer Gasbrenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Luft-Mischeinheit (7) wannenartig ausgebildet ist und im wesentlichen drei Bereiche aufweist, und zwar erstens einen mehrere Eintrittsöffnungen (12) aufweisenden Gas-Luft-Eintrittsbereich (13), zweitens sich daran anschließende rohrförmige Gas-Luft-Mischbereiche (14) und drittens eine Kammer (15), die der Brennfläche (3) gaszufuhrseitig vorgeschaltet ist, wobei im Gas-Luft-Eintrittsbereich (13) ein Gasverteiler (16) angeordnet ist.

10. Atmosphärischer Gasbrenner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas-Luft-Mischeinheit (7) mittels eines Schnellverschlusses (18) an dem Tiefziehteil befestigt ist.