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Dokumentenidentifikation DE10201753A1 07.08.2003
Titel Brennwertwärmezelle
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Reisser, Berni, 73274 Notzingen, DE
DE-Anmeldedatum 18.01.2002
DE-Aktenzeichen 10201753
Offenlegungstag 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse F24H 1/43
IPC-Nebenklasse F24H 9/18   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Brennwertwärmezelle mit einer Gaszuführung mit Brennerelement, bei der der Gaszuführung und dem Brennerelement über ein Gebläse Brennstoffgemisch zuführbar ist und bei der dem Brennerelement ein von dem zu erwärmenden wasserdurchflossener Wärmetauscher mit Kühlnoppen nachgeordnet ist, welcher vom Abgas durchströmt wird. Ist die Brennwertwärmezelle so aufgebaut, dass das Brennstoffgemisch von unten her mittels des Gebläses der Gaszuführung und dem Brennerelement zuführbar ist, dass im Anschluss an das Brennerelement ein als Hohlkörper ausgebildeter Wärmetauscher mit seiner Eingangsöffnung zum geschlossenen Innenraum hin mit der Brennkammer verbunden ist, dass der Querschnitt des Innenraums nach oben hin abnimmt und in einen Abgasauslass übergeht, dass an der Innenwandung des Wärmetauschers mehrere Lagen von in den Innenraum ragenden Kühlnoppen angeformt sind und dass in die Wand des Wärmetauschers spiralförmig verlaufende Durchflusskanäle für das zu erwärmende Wasser eingebracht sind, dann wird eine nichtkondensierende Betriebsweise mit hohem Wirkungsgrad bei einfacher, raumsparender Bauweise erreicht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Brennwertwärmezelle mit einer Gaszuführung mit Brennerelement, bei der der Gaszuführung und dem Brennerelement über ein Gebläse Brennstoffgemisch zuführbar ist und bei der dem Brennerelement ein von dem zu erwärmenden wasserdurchflossener Wärmetauscher mit Kühlnoppen nachgeordnet ist, welcher vom Abgas durchströmt wird.

Stand der Technik

Wärmezellen für Standard-Heizgeräte werden aus Lamellen-Wärmetauscher, Gaszuführung mit Isolierung und einem Brennerelement aufgebaut, dem das Brennstoffgemisch zugeführt wird.

Dieser Aufbau ist aufgrund geringer Funktionsintegration teuer in der Herstellung. Brennwertwärmezellen werden heute bereits bei besserer Funktion (Wirkungsgrad und Schadstoffemission) schon kostengünstiger hergestellt, da in der Regel eine höhere Funktionsintegration, z. B. Wärmetauscher und Gaszuführung in Alusandguss, erreicht wird.

Für eine nicht kondensierende Betriebsweise wird die Anzahl der Kühlnoppen im Wärmetauscher reduziert. Dadurch wird jedoch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers reduziert beziehungsweise die Abgastemperatur oberhalb des Taupunktes gehalten und damit die Kondensation weitgehend vermieden.

Bei den heute üblichen Konstruktionen kann jedoch eine Kondensation an den in der Regel gut gekühlten Flächen des Wärmetauschers, insbesondere im flammenfreien Bereich nicht vermieden werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennwertwärmezelle der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Vielzahl von Kühlnoppen und damit der gute Wirkungsgrad des Wärmetauschers beibehalten werden kann und dennoch eine Kondensation und damit verbundene Betriebsstörungen zu vermeiden.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Brennstoffgemisch von unten her mittels des Gebläses der Gaszuführung und dem Brennerelement zuführbar ist, dass im Anschluss an das Brennerelement ein als Hohlkörper ausgebildeter Wärmetauscher mit seiner Eingangsöffnung zum geschlossenen Innenraum hin mit der Gaszuführung verbunden ist, dass der Querschnitt des Innenraums nach oben hin abnimmt und in einen Abgasauslass übergeht, dass an der Innenwandung des Wärmetauschers mehrere Lagen von in den Innenraum ragenden Kühlnoppen angeformt sind und dass in die Wand des Wärmetauschers spiralförmig verlaufende Durchflusskanäle für das zu erwärmende Wasser eingebracht sind.

Durch diesen Aufbau der Brennwertwärmezelle wird erreicht, dass auftretendes Kondensat von den Kühlnoppen abgefangen wird und im flammennäheren Bereich des Wärmetauschers wieder verdampft. Ein schädliches Durchtropfen des Kondensats auf die Oberfläche des Brennerelementes wird durch die Lagen von beabstandeten Kühlnoppen verhindert, da diese ineinander greifen.

Die Zuführung und Verteilung des Brenngasluftgemisches ist nach einer Ausgestaltung als oben offene Wanne ausgebildet, deren offene Oberseite mittels des Brennerelementes abgedeckt.

Der Aufbau der Brennwertwärmezelle lässt sich dadurch noch vereinfachen, dass das Gebläse in die Wand der Gaszuführung eingebaut ist.

Die Verbindung von Gaszuführung, Brennerelement und Wärmetauscher ist erfindungsgemäß so gelöst, dass die Gaszuführung im Bereich der offenen Oberseite einen umlaufenden Befestigungsflansch aufweist, dass auch der Wärmetauscher im Bereich der Empfangsöffnung in einen Befestigungsbund ausläuft und dass das Brennerelement zwischen dem Befestigungsflansch der Gaszuführung und dem Befestigungsbund des Wärmetauschers festlegbar und zusammen mit der Gaszuführung und dem Wärmetauscher verschraubbar ist.

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Durchflusskanäle im Bereich des Abgasauslasses von einem Einlassstutzen ausgehen und im Bereich der Eingangsöffnung des Wärmetauschers in einem Auslassstutzen enden, dann kann der Durchgangskanal durchgehend in Alusandguss in die Wand des Wärmetauschers eingeformt werden, wobei gleichzeitig der Einlass- und Auslassstutzen angeformt werden können.

Ein Wärmetauscher mit großer Wärmeaustauschfläche wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass der Innenraum des Wärmetauschers rechteckförmigen Querschnitt aufweist und dass zumindest eine der Längsinnenwandungen mit angeformten Kühlnoppen versehen ist, die sich nahezu über die gesamte Breite des Innenraumes erstrecken.

Eine weitere Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche ergibt sich dadurch dass, beide Längsinnenwandungen mit angeformten Kühlnoppen versehen sind, deren Lagen in Strömungsrichtung des Abgases abwechseln.

Die Anordnung der Kühlnoppen kann dabei so gewählt werden, dass die Kühlnoppen in den Lagen beabstandet sind und von Lage zu Lage gegeneinander versetzt sind oder auch so, dass sich die Kühlnoppen der beiden Längsinnenwandungen gegenseitig überlappend über nahezu die gesamte Breite des Innenraumes des Wärmetauschers erstrecken.

Eine weitere Verbesserung der Brennwertwärmezelle ergibt sich nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch, dass sich der Abstand der Kühlnoppen in Strömungsrichtung des Abgases abnimmt und dass die Anzahl der beabstandeten Kühlnoppen in den Lagen in Strömungsrichtung des Abgases zunimmt.

Die Ausgestaltung des Wärmetauschers kann jedoch auch so sein, dass der Innenraum des Wärmetauschers einen runden Querschnitt aufweist und dass die Kühlnoppen radial zur Längs-Mittelachse des Wärmetauchers gerichtet an der Innenwandung des Wärmetauschers angeformt sind, wenn die offene Seite der Gaszuführung ebenfalls einen entsprechenden runden Querschnitt aufweist.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand eines Vertikalschnittes durch eine erfindungsgemäße Brennwertwärmezelle näher erläutert.

Ausführungsbeispiel

Bei der Brennwertwärmezelle nach der Erfindung ist der Aufbau von unten nach oben gerichtet. Die Basis bildet unten eine wannenförmige Gaszuführung 10, die nach oben offen ist. Dabei ist in die Wand derselben ein Gebläse 13 integriert, dem über eine Zuleitung 14 ein in einer Gasarmatur bekannter Art vorbereitete Brennstoffgemisch zugeführt wird. Die Gaszuführung 10 ist an der offenen Oberseite mittels eines Brennerelementes 30, z. B. ein durchlöchertes Bild oder ein Porenkörper, abgedeckt. Das dem Brennerelement 30 zugeführte Brennstoffgemisch wird gezündet und verbrennt, wobei die Flamme an der Oberfläche des Brennerelementes 30 absteht und im Innenraum 29 eines anschließenden, als Hohlkörper ausgebildeten Wärmetauscher 20 reicht und das erzeugte Abgas 26 an einem Abgasauslass 23 aus dem Wärmetauscher 20 austritt.

Die Gaszuführung 10 weist im Bereich der offenen Oberseite eines umlaufenden Befestigungsflansch 11 auf, auf dem das Brennerelement 30 aufliegt. Die anschließende Eingangsöffnung des Wärmetauschers 20 weist einen Befestigungsbund 21 auf, der auf den Befestigungsflansch 11 der Gaszuführung 10 abgestimmt ist. Mit Schraubverbindungen 12 können die Gaszuführung 10, das Brennerelement 30 und der Wärmetauscher 20 fest miteinander verbunden werden.

Der Wärmetauscher 20 weist eine geschlossene Wand auf, in die ein sprialförmiger Durchgangskanal 25 eingeformt ist, der von einem im Bereich des Abgasauslasses 23 angeordneten Einlassstutzen 26 ausgeht und im Bereich der Eingangsöffnung des Wärmetauschers 20 in einem Anlassstutzen 27 endet, wie die strichlierten Linien im Schnitt zeigen, die zwischen den geschnittenen Teilen des Durchgangskanals 24 von links nach rechts und von rechts nach links zeigen. In dem Durchgangskanal 25 strömt das aufzuwärmende Wasser eines Heiz- und/oder Brauchwasser-Kreislaufes.

Der Querschnitt des Innenraumes 29 des Wärmetauschers 20 nimmt in der Strömungsrichtung des Abgases ab und geht schließlich in den Abgasauslass 23 über. Der Querschnitt des Innenraums 29 kann rechteckförmig, quadratisch oder rund sein. An der Innenwandung des Wärmetauschers 20 sind eine Vielzahl von stabförmigen Kühlnoppen 24 angeformt, die in mehreren Lagen angeordnet sind. Dabei sind in den Lagen die Kühlnoppen 24 beabstandet und können von Lage zu Lage gegeneinander versetzt sein. Bei einem quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt des Innenraums 29 können die Kühlnoppen 24 an einer Innenwandung oder an zwei einander gegenüberliegenden Innenwandungen angeformt sein und sich über nahezu die gesamte Abmessung des Innenraums 29 erstrecken. Dabei können die Abstände der Lagen von Kühlnoppen 24 von Lage zu Lage in Strömungsrichtung des Abgases 26 abnehmen und in den Lagen selbst kann die Anzahl der Kühlnoppen 24 von Lage zu Lage zunehmen.

Bei einem runden Querschnitt des Innenraums 29 sind die angeformten Kühlnoppen 24 strahlenförmig auf die Längs-Mittelachse des Wärmetauschers 20 ausgerichtet, können im Abstand und in der Lage ebenfalls in der vorher beschriebenen Weise variieren.

Die Kühlnoppen 24 bilden in jedem Fall im Innenraum 29 des Wärmetauschers 20 ein ineinander verzahntes Raster mit sehr großer Wärmeaustauschfläche. Tritt im flammenfreien Bereich des Wärmetauschers 20 Kondensat an den Kühlnoppen 24 auf, dann kann es nach unten abtropfen und gelangt auf wärmere Kühlnoppen 24, so dass es wieder verdampft und nicht auf die Oberfläche des Brennerlementes 30 gelangen kann. Der Wärmetauscher 20 kann mit den vielen Kühlnoppen 24 beliebigen Querschnitts einen ausgezeichneten Wirkungsgrad aufweisen, ohne Störeinflüsse durch anfallendes Kondensat befürchten zu müssen.

Die Gaszuführung 10 und der Wärmetauscher 20 mit dem Durchgangskanal 25 und die Kühlnoppen 24 werden vorzugsweise im Aluminium-Sandgussverfahren hergestellt, wobei gleichzeitig auch der Einlassstutzen 26 und der Auslassstutzen 27 auf der Außenseite des Wärmetauschers 20 angeformt werden können.

Die Abstände der Kühlnoppen 24 in den Lagen und der Versatz der Lagen können ein dichtes Netz bilden, das ein Durchtropfen von Kondensat zum Brennerelement 30 sicher verhindert. Es lässt sich in Verbindung mit der Querschnittsveränderung des Innenraumes 29 des Wärmetauschers 2 eine nicht kondensierende Betriebsweise der Brennwertwärmezelle erreichen und dies bei optimalem Wirkungsgrad. Zudem lässt sich leistungsbezogen eine kleine Baugröße erreichen.


Anspruch[de]
  1. 1. Brennwertwärmezelle mit einer Gaszuführung mit Brennerelement, bei der der Gaszuführung und dem Brennerelement über ein Gebläse Brennstoffgemisch zuführbar ist und bei der dem Brennerelement ein von dem zu erwärmenden wasserdurchflossener Wärmetauscher mit Kühlnoppen nachgeordnet ist, welcher vom Abgas durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet,

    dass das Brennstoffgemisch (15) von unten her mittels des Gebläses (13) der Gaszuführung (10) und dem Brennerlement (30) zuführbar ist,

    dass im Anschluss an das Brennerelement (30) ein als Hohlkörper ausgebildeter Wärmetauscher (20) mit seiner Eingangsöffnung zum geschlossenen Innenraum (29) hin mit der Gaszuführung (10) verbunden ist,

    dass der Querschnitt des Innenraums (29) nach oben hin abnimmt und in einen Abgasauslass (23) übergeht,

    dass an der Innenwandung des Wärmetauschers (20) mehrere Lagen von in den Innenraum (29) ragenden Kühlnoppen (24) angeformt sind und dass in die Wand des Wärmetauschers (20) spiralförmig verlaufende Durchflusskanäle (25) für das zu erwärmende Wasser eingebracht sind.
  2. 2. Brennwertwärmezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszuführung (10) als nach oben offene Wanne ausgebildet ist und dass das Brennerelement (30) die offene Oberseite der Gaszuführung (10) abdeckt.
  3. 3. Brennwertwärmezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (13) in die Wand der Gaszuführung (10) eingebaut ist.
  4. 4. Brennwertwärmezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

    dass die Gaszuführung (10) im Bereich der offenen Oberseite einen umlaufenden Befestigungsflansch (11) aufweist,

    dass auch der Wärmetauscher (20) im Bereich der Emfangsöffnung in einen Befestigungsbund (21) ausläuft und

    dass das Brennerelement (30) zwischen dem Befestigungsflansch (11) der Gaszuführung (10) und dem Befestigungsbund (21) des Wärmetauschers (20) festlegabr und zusammen mit der Gaszuführung (10) und dem Wärmetauscher (20) verschraubbar (12) ist.
  5. 5. Brennwertwärmezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (25) im Bereich des Abgasauslasses (23) von einem Einlassstutzen (26) ausgehen und im Bereich der Eingangsöffnung des Wärmetauschers (20) in einem Auslassstutzen (27) enden.
  6. 6. Brennwertwärmezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

    dass der Innenraum (29) des Wärmetauschers (20) rechteckförmigen Querschnitt aufweist und

    dass zumindest eine der Längsinnenwandungen mit angeformten Kühlnoppen (24) versehen ist, die sich nahezu über die gesamte Breite des Innenraumes (29) erstrecken.
  7. 7. Brennwertwärmezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlnoppen (24) in den Lagen beabstandet sind und von Lage zu Lage gegeneinander versetzt sind.
  8. 8. Brennwertwärmezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

    dass der Innenraum (29) des Wärmetauschers (20) rechteckförmigen Querschnitt aufweist und

    dass beide Längsinnenwandungen mit angeformten Kühlnoppen (24) versehen sind, deren Lagen in Strömungsrichtung des Abgases (26) abwechseln.
  9. 9. Brennwertwärmezelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

    dass die Kühlnoppen (24) von Lage zu Lage gegeneinander versetzt sind und

    dass sich die Kühlnoppen (24) der beiden Längsinnenwandungen gegenseitig überlappend über nahezu die gesamte Breite des Innenraumes (29) des Wärmetauschers (20) erstrecken.
  10. 10. Brennwertwärmezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

    dass sich der Abstand der Kühlnoppen (24) in Strömungsrichtung des Abgases (26) abnimmt und

    dass die Anzahl der beabstandeten Kühlnoppen (24) in den Lagen in Strömungsrichtung des Abgases (26) zunimmt.
  11. 11. Brennwertwärmezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

    dass der Innenraum (29) des Wärmetauschers (20) einen runden Querschnitt aufweist und

    dass die Kühlnoppen (24) radial zur Längs-Mittelachse des Wärmetauchers (20) gerichtet an der Innenwandung des Wärmetauschers (20) angeformt sind.
  12. 12. Brennwertwärmezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (20) mit den Kühlnoppen (24) und den Durchflusskanälen (25) aus Aluminium-Sandgussteil hergestellt ist.






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