DE3928384A1

DE3928384A1 - Geblaesebrenner fuer heizkessel mit abgasrueckfuehrung

Info

Publication number: DE3928384A1
Application number: DE3928384A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Viessmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1989-08-28
Publication date: 1991-03-21
Also published as: CA2023907A1; DE59005426D1; EP0415037A3; US5087194A; EP0415037A2; ES2053024T3; ATE104756T1; DD297501A5; EP0415037B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Gebläsebrenner für Heiz kessel mit Abgasrückführung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Zwecks Reduzierung des sogenannten NOX-Anteiles in den Abgasen, der neben anderen schädlichen Gasanteilen die Umwelt belastet, ist es bereits bekannt, einen Teil der Abgase abzuzweigen, dem Brenner wieder zuzuführen und der Verbrennungsluft beizumischen. Dies geschieht bis her in der Weise, daß man eine äußere, gut wärmeiso lierte Leitung außerhalb des Kessels vorsieht, die den Gasabzugsbereich des Kessels der Saugseite des Brenner gebläsegehäuses verbindet. Mit dem Thema der Abgasrück führung befassen sich auch folgende Druckschriften: DE- GM 87 08 656, DE-GM 87 16 240 und DE-GM 88 12 090.

Beim Gegenstand des DE-GM's 87 08 656 ist eine lange Gasrückführleitung vermieden, da hierbei der Brenner als Sturzbrenner direkt auf dem oberseitigen Feuerraum verschluß sitzt und die Abgase mit einer relativ kurzen Leitung aus der dort ebenfalls befindlichen Rauchgas sammelkammer abgesaugt, dem Gebläse und damit der Ver brennungsluft zugeführt werden. Beim Gußgliederkessel nach dem DE-GM 87 16 240 sind an einem oder mehreren Gliedern Abgasrückführungskanäle direkt mit angegossen, durch die ebenfalls vom Brennergebläse mit angesaugt ein gewisser Abgasanteil der Verbrennungsluft zugeführt wird. Das gleiche Prinzip verfolgt dabei das DE-GM 88 12 090, bei dem die Rückführungsleitung zum Brenner ebenfalls in die Kesselkonstruktion (bspw. Vorderwand oder Verschlußtür) integriert ist, wobei auch ein sepa rates Absauggebläse für die Abgase in Betracht gezogen wird.

Nach der nicht veröffentlichten DE-P 38 20 671 wird ebenfalls ein direkt auf der Verschlußtür des Kessels sitzender Gebläsebrenner vorgeschlagen, dessen Gebläse saugseite ohne Leitungsverbindung durch eine Öffnung in der Verschlußtür direkt mit der Abgaskammer in Verbin dung steht.

Allen vorveröffentlichten Ausführungsformen ist gemein sam, daß mehr oder weniger lange Abgasrückführleitungen vorgesehen werden müssen, daß, soweit Gebläse für die Rückführung vorgesehen sind, es sich dabei um zusätzli che Gebläse mit Separatantrieb handelt und daß schließlich die Abgase direkt in die Zuluftöffnung oder das Brennermischrohr eingeleitet werden und damit der eigentliche Brenner mit seinem Düsenstock mit den zuge führten Abgasen belastet wird. Beim DE-GM 88 12 090 ist außerdem in Betracht gezogen, offenbar um eine solche Brennerbelastung zu vermeiden, die Ausmündung der Ab gasrückführleitung in den Flammbereich des Brenners zu richten. Im Grunde handelt es sich also bei diesen be kannten Einrichtungen zur Abgasrückführung immer um pe riphere Maßnahmen und Gestaltungen am Kessel und um den Brenner herum, nicht unmittelbar aber am Brenner selbst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle für eine Abgasrückführung notwendigen Elemente auf den unmittel bar auf dem Feuerraumverschluß sitzenden Gebläsebrenner zu konzentrieren und zwar mit der Maßgabe, dabei für völlig getrennte Luft- und Abgasführung und -förderung auf kurzen Wegen innerhalb des Brenners zu sorgen, ohne daß dabei der Düsenstock und zugehörige Elemente mit dem Abgas belastet werden und ohne daß der Antriebs aufwand im Vergleich zu einem herkömmlichen Gebläse brenner vergrößert werden muß.

Diese Aufgabe ist mit einem Gebläsebrenner der eingangs genannten Art nach der Erfindung durch die im Kennzei chen des Hauptanspruches angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und praktische Ausfüh rungsformen ergeben sich nach den Unteransprüchen.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Gebläse brenners beschränkt sich die ganze Abgaszufuhr auf eine einfache Öffnung im Verschluß des Heizkesselfeuer raumes, während die ganze Weiterführung der angesaugten Abgase allein auf den Brenner konzentriert ist, dort völlig getrennt zur Verbrennungsluftführung erfolgt und den Düsenstock mit zugehörigen Elementen, wie Zünder, Düse und Stauscheibe nicht belastet. Für das weitere Läuferrad, das die Abgase ansaugt, ist kein besonderer und separater Antrieb erforderlich, da für dessen An trieb der für das Läuferrad zur Luftförderung sowie erforderliche Antrieb mit ausgenutzt ist.

Abgesehen vom weiteren Läuferrad für das Abgas besteht der Mehraufwand für die Brennerausbildung letztlich nur darin, daß das Luft-/Gasführungsgehäuse zweikammerig, d. h., mit einer Trennwand versehen werden muß. Dieser Mehraufwand ist aber minimal, da dies gießtechnisch problemlos zu bewältigen ist, zumal sich, was noch nä her erläutert wird, ein solches Gehäuse, umweltfreund lich kernlos, d. h. "grün ausformen" läßt.

Die Luftzuführungs- und die Abgasführungskammern sind, was an sich keiner näheren Erläuterung bedarf und senk recht zu den beiden Laufrädern und in Richtung der Dü senstockerstreckung gesehen, aus zwei miteinander in Verbindung stehenden Spiral- bzw. schneckenförmigen Räumen gebildet, wie dies bei Brennern dieser Art üb lich ist.

Der erfindungsgemäße Gebläsebrenner einschließlich sei ner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der Unteran sprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Dar stellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Brenner in Anord nung auf einem Feuerraumverschluß eines Heiz kessels,

Fig. 2 eine Ansicht des Gebläsebrenners in Pfeil richtung A gemäß Fig. 1 und

Fig. 3, 4 im Längsschnitt unterschiedliche Ausführungs formen im Bereich der beiden Laufräder.

Der Gebläsebrenner besteht aus einem heizkesselseitig offenen, auf den Heizkesselverschluß 8 aufsetzbaren Ge häuse 1, in dem ein Mischrohr 10 mit Düsenstock 4 und ein Läuferrad 7 zur Luftförderung auf einer zur Öff nungsebene des Gehäuses 1 senkrechten Läuferradwelle 5 des Antriebsmotors 5′ angeordnet sind, wobei dem Läu ferrad 7 antriebsseitig eine Luftzuströmöffnung 28′ in der benachbarten Gehäusewand zugeordnet ist und die Verbrennungsluftkammer 3 mit dem Innenraum des Misch rohres 10 in Verbindung steht. Die Verschlußplatte 8, bei der es sich im Beispiel um die Feuerraumverschluß tür handelt, gehört dabei gleichermaßen zum hier nicht dargestellten Heizkessel, aber auch zum Gehäuse 1 des Brenners, da ohne eine derartige Verschlußplatte 8 der Brenner nicht funktionsfähig wäre und andererseits der Heizkessel nicht betrieben werden könnte. Zweckmäßig, und wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist dabei die Ver schlußplatte 8 als Kesselverschlußtür ausgebildet.

Für einen derartigen Gebläsebrenner ist nun zur Lösung der gestellten Aufgabe eine Gestaltung dahingehend we sentlich, daß das Läuferradgehäuse 1 unter Ausbildung einer verschlußplattenseitigen Abgaskammer 2 und einer sich dazu parallel erstreckenden Verbrennungsluftkammer 3 durch eine vom Düsenstock 4 und der Läuferradwelle 5 durchgriffenen Trennwand 6 geteilt ist, daß ferner in der Abgaskammer 2 auf der in diese ragenden Läufer radwelle 5 ein weiteres Läuferrad 7′ angeordnet ist, dem saugseitig in der Verschlußplatte 8 eine Abgasan saugöffnung 9 zugeordnet ist, und daß schließlich das Mischrohr doppelwandig ausgebildet ist, und der Innen raum 11 der Doppelwand einerseits mit der Abgaskammer 2 in Verbindung steht und andererseits mit einer in Aus düsrichtung orientierten Öffnung 12 versehen ist. Wie ohne weiteres aus Fig. 1 erkennbar, ist dabei, abgese hen von der Abgasansaugöffnung 9 in der Verschlußplatte 8 die gesamte Abgasrückführung im Brenner bzw. im Bren nergehäuse 1 konzentriert, wobei die vom weiteren Läu ferrad 7′ angesaugten Abgase auf kürzestem Wege und ohne sich mit der durch die Luftzuströmöffnung 28′ zu strömenden Luft zu vermischen, zum Mischrohr 10 ge langt, dort aber nicht in den Innenraum, in dem sich der Düsenstock 4 befindet, sondern in den im Quer schnitt ringförmigen Innenraum 11 der Doppelwand, aus dem das unter Druck stehende Abgas als Schlauchströmung aus der ringförmigen Abgasaustrittsöffnung 12 austritt. Statt der ringförmigen Öffnung kann auch eine Mehrzahl von Einzelöffnungen vorgesehen sein. Die Orientierung der Öffnungen kann dabei in bezug auf die Mischrohr längsachse quer bis parallel zu dieser vorgesehen wer den.

Um die Montage bzw. Demontage der beiden Läuferräder 7, 7′ zu erleichtern und um diese mit dem Antriebsmotor 5′ als komplette Einheit ein- bzw. ausbauen zu können, ist die Verbrennungsluftkammer 3 des Läuferradgehäuses 1 mit einer alle zum Brenner und zum Gebläse gehörenden Elemente tragenden Platte 13 verschlossen und ferner ist auf der Welle 5 zwischen den beiden Laufrädern 7, 7′ eine die in der Trennwand 6 angeordnete Durchgriffs öffnung 14 verschließende Scheibe 15 angeordnet, die in bezug auf den Durchmesser des weiteren Läuferrades 7′ durchmessergrößer bemessen ist. Vorteilhaft ist dabei, und wie ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich, am Rand der Durchgriffsöffnung 14 oder am Rand der Scheibe 15 (nicht dargestellt) mindestens ein magnetisches Haft element 16 angeordnet. Dieses Haftelement 16 kann Ring form haben oder aber auch aus mehreren Einzelmagneten bestehen, die im Ringverband angeordnet sind. Zweck mäßig und wie dargestellt, ist dabei im Auflagebereich der Scheibe 15 an der Trennwand 6 eine Ringdichtung 15′ vorgesehen, um eine gasdichte Trennung der beiden Kammern 2, 3 zu gewährleisten. Eine Anbindung des wei teren Läuferrades 7′ an die Läuferradwelle 5 ist jedoch auch gemäß Ausführungsbeispiel in Fig. 4 möglich, die ohne Scheibe 15 auskommt und eine separate Lagerung des Läuferrades 7′ für die Abgasrückführung vorsieht, wobei das weitere Läuferrad 7′ mit einer mehr oder weniger elastischen Kupplung, wie dargestellt, mit dem Läufer rad 7 gekoppelt ist.

Um den gewünschten Abgasteil aus dem zum Brenner gehö renden Heizkessel aus einem Bereich abziehen zu können, in dem die Abgase schon eine gewisse Abkühlung erfahren haben, ist die Abgasansaugöffnung 9 unmittelbar benach bart zum Anschlußrand 17 der Verschlußplatte 8 und zum Zentrum des weiteren Läuferrades 7′ angeordnet. Damit fluchtet die Abgasöffnung 23 mit dem tiefstliegenden Bereich des Feuerraumes, sofern der Feuerraum mit sei ner Längsachse horizontal angeordnet ist. Bei Anordnung eines solchen Brenners auf einem Sturzbrennerkessel, bei dem sich die Abgassammelkammer ebenfalls oben und unmittelbar unter dem Brenner befindet, oder bei einem horizontal aufgestellten Kessel, bei dem aufgrund der Ausbildung der Brennkammer (Brennkammer ohne Boden) die Abgase unmittelbar benachbart zur Verschlußplatte 8 in den Rauchgasabzug gelangen, wird der Brenner so an geordnet, daß sich die Abgasansaugöffnung 23 benachbart zum Rauchgasabzug befindet. Wie in Fig. 1 strichpunk tiert angedeutet, kann dabei vorteilhaft vor der An saugöffnung 23 eine Abschirmblende 29 vorgesehen wer den, die eine unmittelbare Zuströmung der Abgase in die Ansaugöffnung 23 verhindert und einen Abgasanteil an saugen läßt, der durch die benachbarte Feuerraumwand, die zudem in der Regel mit Rippen versehen ist, inten siv gekühlt wurde.

Was das doppelwandige Mischrohr 10 betrifft, so ist dieses aus einer Innenhülse 10′ und aus einer Außen hülse 10′′ gebildet, wobei die Außenhülse an ihrem in die Abgaskammer 2 einragenden Teil 18 mindestens eine Abgaseinströmöffnung 18′ aufweist. Die Doppelwände des Mischrohres 10 sind dabei zweckmäßig vor der in Ausdüs richtung orientierten Öffnung 12 kegelstumpfförmig und in Ausdüsrichtung konvergierend ausgebildet, wodurch die zugeführten Abgase in die vor der Stauscheibe 30 brennende Flamme des Brenners geleitet werden. Die mün dungsseitigen Endränder 19 der beiden Hülsen 10′, 10′′ können dabei, was allerdings nicht besonders darge stellt ist, relativ zueinander verstellbar ausgebildet sein. Diesbezüglich bedarf es nur entsprechend ringför miger Aufsätze entweder an der Innenhülse 10′ und/oder an der Außenhülse 10′′, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, Einfluß auf die Richtung des ausströmenden "Abgas schlauches" nehmen zu können, um dadurch eine optimale Einstellung bezüglich der angestrebten NOX-Reduzierung zu ermöglichen.

Bezüglich der mit Abgasen belasteten Abgaskammer 2 im Gehäuse 1 sind verschiedene Ausführungsmöglichkeiten gegeben. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist die Innenwand der Abgaskammer 2 mit einem geeigneten Iso lierbelag 20 versehen, der nicht nur im Bereich des Läuferrades 7′ vorgesehen ist, sondern der auch den Be reich der Kammer 2 erfaßt, in dem sich das Mischrohr 10 erstreckt. Gemäß Fig. 1 und Fig. 4 ist es aber auch möglich, das weitere Läuferrad 7′ in einer Kapsel 21 (bspw. aus dünnem Edelstahlblech) anzuordnen, die in ihrer verschlußseitigen Wand 22 mit einer Saugöffnung 23 und in ihrer Umfangswand 24 mit einer Abgasausblas öffnung 25 versehen ist. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist dabei die Kapsel 21 mit einem ausgehalsten Öffnungsrand 26 in die Durchgriffsöffnung 14 der Trenn wand 6 eingepaßt angeordnet. Die Scheibe 15 kann dabei ebenfalls aus einem Edelstahlblech ausgebildet sein.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 umschließt die Kapsel 21 das Läuferrad 7′ vollständig, d. h., die Kap sel 21 ist hierbei in der antriebsseitigen Wand 22′ mit einer die Welle 5 umfassenden Durchgriffsöffnung 27 versehen. Das dort dargestellte Lager ist dabei (nicht dargestellt) gegen evtl. zuströmende Abgase in geeigne ter Weise abgedichtet, sofern die Durchgriffsöffnung 27 nicht selbst mit einer Dichtung versehen ist.

Auf das Mischrohr 10 zurückkommend, ist dieses in Rück sicht auf eine einfache Ausbildung und montagefreundli che Anordnung vorteilhaft derart ausgebildet, daß die Innenhülse des Mischrohres 10 zuströmseitig mit einem Bördelrand 27 von der Luftkammer 3 her an der Trennwand 6 befestigt ist. Die Außenhülse 10′′ des Mischrohres 10 besteht dabei, wie in Fig. 1 dargestellt, aus einem mit mindestens einer Gaseinströmöffnung 18′ versehenen, in der Abgaskammer 2 angeordneten Hülsenteil 28 und aus einem vorderen Hülsenteil 29. Dabei können vorteilhaft die Kapsel 21 und das Hülsenteil 28 zu einem Teil zu sammengefaßt ausgebildet sein, das aus einem entspre chenden Blechzuschnitt aus bspw. dünnem Edelstahlblech geprägt bzw. tiefgezogen wird. Da das Gehäuse 1 zur Seite der Verschlußplatte 8 hin offen ist, bestehen keine Schwierigkeiten ein solches Teil in das Gehäuse einzusetzen.

Wie aus der Darstellung des Läuferradgehäuses 1 erkenn bar, sind alle sich in Richtung des Düsenstockes 4 bzw. der Welle 5 erstreckenden Wände schwach geneigt ange legt, wodurch dieses "grün ausgeformt", d. h., ohne Kerne ausgeformt werden kann.

Claims

1. Gebläsebrenner für Heizkessel mit Abgasrückfüh rung, bestehend aus einem heizkesselseitig offe nen, auf den Heizkesselverschluß aufsetzbaren Ge häuse, in dem ein Mischrohr mit Düsenstock und Ge bläselaufrad auf einer zur Öffnungsebene des Ge häuses senkrechten Welle des Antriebsmotors ange ordnet sind, wobei dem Läuferrad zur Luftförderung antriebsseitig eine Luftzuströmöffnung in der be nachbarten Gehäusewand zugeordnet ist und die Laufradkammer mit dem Innenraum des Mischrohres in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß das Läuferradgehäuse (1) unter Ausbildung ei ner verschlußplattenseitigen Abgaskammer (2) und einer sich dazu parallel erstreckenden Verbren nungsluftkammer (3) durch eine vom Düsenstock (4) und der Läuferradwelle (5) durchgriffenen Trenn wand (6) geteilt ist,
daß in der Abgaskammer (2) auf der in diese ragen den Läuferradwelle (5) ein weiteres Läuferrad (7′) angeordnet ist, dem saugseitig in der Verschluß platte (8) eine Abgasansaugöffnung (9) zugeordnet ist, und
daß das Mischrohr (10) doppelwandig ausgebildet ist, und der Innenraum (11) der Doppelwand einer seits mit der Abgaskammer (2) in Verbindung steht und andererseits mit mindestens einer Abgasaus trittsöffnung (12) versehen ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluftkammer (3) des Gehäuses (1) mit einer alle zum Brenner und zum Gebläse ge hörenden Elemente tragenden Platte (13) verschlos sen ist und daß auf der Welle (5) zwischen den beiden Laufrädern (7, 7′) eine in der Trennwand (6) angeordnete, in bezug auf das weitere Läufer rad (7′) durchmessergrößere Durchgriffsöffnung (14) verschließende Scheibe (15) angeordnet ist.

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand der Durchgriffsöffnung (14) oder am Rand der Scheibe (15) mindestens ein magnetisches Haftelement (16) angeordnet ist.

4. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasansaugöffnung (9) unmittelbar benach bart zum Anschlußrand (17) der Verschlußplatte (8) und zum Zentrum des weiteren Läuferrades (7′) an geordnet ist.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das doppelwandige Mischrohr (10) aus einer In nenhülse (10′) und aus einer Außenhülse (10′′) ge bildet ist, wobei die Außenhülse (10′′) an ihren in die Abgaskammer (2) einragenden Teil (18) minde stens eine Abgaseinströmöffnung (18′) aufweist.

6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelwände des Mischrohres (10) vor der Abgasaustrittsöffnung (12) kegelstumpfförmig und in Ausdüsrichtung konvergierend ausgebildet sind.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mündungsseitigen Endränder (19) der beiden Hülsen (10′, 10′′) relativ zueinander verstellbar ausgebildet sind.

8. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der Abgaskammer (2) mit einem Isolierbelag (20) versehen ist.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Läuferrad (7′) in einer Kapsel (21) angeordnet ist, die in ihrer verschlußseiti gen Wand (22) mit einer Saugöffnung (23) und in ihrer Umfangswand (24) mit einer Abgasauslaßöff nung (25) versehen ist.

10. Brenner nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel (21) mit einem ausgehalsten Öff nungsrand (26) in die Durchgriffsöffnung (14) der Trennwand (6) eingepaßt angeordnet ist.

11. Brenner nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel (21) in der antriebsseitigen Wand (22′) mit einer die Welle (5) umfassenden Durch griffsöffnung (27) versehen ist.

12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenhülse (10′) des Mischrohres (10) zu strömseitig mit einem Bördelrand (27) von der Luftkammer (3) her an der Trennwand (6) befestigt ist.

13. Brenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülse (10′′) des Mischrohres (10) aus einem mit mindestens einer Abgaseinströmöffnung (18′) versehenen, in der Abgaskammer (2) angeord neten Hülsenteil (28) und einem vorderen Hülsen teil (29) gebildet ist.

14. Brenner nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapsel (21) und das Hülsenteil (28) zu ei nem Teil zusammengefaßt ausgebildet sind.

15. Brenner nach einem der Ansprüche 1, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Abgasaustrittsöffnung (12) in bezug auf die Längsachse des Mischrohres (10) quer bis parallel zu dieser orientiert angeordnet ist.