DE19601012A1

DE19601012A1 - Method to raise exhaust temperature on gas or oil fired water heater

Info

Publication number: DE19601012A1
Application number: DE1996101012
Authority: DE
Inventors: Helmut Lemke; Ulrich Dipl Ing Gralka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-01-13
Filing date: 1996-01-13
Publication date: 1997-07-17

Abstract

The method involves a heat exchanger (16) which is arranged inside the combustion shaft, and which is acted upon by the combustion gases. An exhaust extractor (24) is arranged behind the heat exchanger in the direction of flow, and cooling air (32) is guided along the shaft during the combustion process. The cooling air is heated to a temperature which is higher than that of the exhaust gases (30) in the extractor. This heated air is introduced into the exhaust extractor, and is guided through the latter with the exhaust gases in order to raise the exhaust temperature. The cooling air may form roughly ten percent of the total mass flow of the exhaust.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Anhebung der Abgastemperatur eines Wassererhitzers nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for raising the Exhaust gas temperature of a water heater according to the genus of Main claim.

Aus der DE-PS 30 24 792 ist eine luftgekühlte Verbrennungskammer für einen gasbeheizten Wassererhitzer bekannt, bei der zwischen einem Außen- und einem Innenmantel ein belüfteter Zwischenraum ausgebildet ist, der eine verbesserte Wärmeisolierung des Außenmantels erzielt. Der Zwischenraum ist mit Öffnungen versehen, so daß ein den Außenmantel vor Überhitzung schützender Luftstrom aufsteigen kann.From DE-PS 30 24 792 is one air-cooled combustion chamber for a gas-heated Known water heater, in which between an outdoor and a ventilated intermediate space is formed which is an improved thermal insulation of the outer jacket achieved. The space is provided with openings so that an air flow protecting the outer jacket from overheating can rise.

Advantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß zusätzlich zur Wärmeisolierung der Wirkungsgrad des Wassererhitzers verbessert wird, indem die am Verbrennungsschacht entlanggeführte und sich erwärmende Kühlluft dem Abgas zugeführt und die Abgastemperatur insgesamt angehoben wird. Ein Wassererhitzer soll so ausgelegt sein, daß die Abgase insbesondere in der Abgasabführung nicht den Taupunkt unterschreiten (minimal notwendige Abgastemperatur), um Kondensatbildung zu vermeiden. Da durch das erfindungsgemäße Verfahren die Abgastemperatur angehoben wird, kann zum Beispiel die Wärmetauscherfläche des Wassererhitzers größer dimensioniert werden, so daß wieder die minimal notwendige Abgastemperatur erreicht wird, womit in derselben Zeit mehr Wasser mit derselben Temperatur erhitzt werden kann. Darüberhinaus kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auf eine aufwendige Wärmeisolierung des Verbrennungsschachtes verzichtet werden.The inventive method with the features of The main claim has the advantage that in addition to Thermal insulation the efficiency of the water heater is improved by the on the combustion shaft cooling air that runs along and heats up the exhaust gas supplied and the exhaust gas temperature is raised overall. A water heater should be designed so that the exhaust gases not the dew point, especially in the exhaust system below (minimum necessary exhaust gas temperature) in order Avoid formation of condensate. As by the invention Procedure the exhaust gas temperature is raised to Example, the heat exchanger area of the water heater is larger be dimensioned so that again the minimum necessary Exhaust temperature is reached, which means more in the same time Water with the same temperature can be heated. In addition, the method according to the invention can be used complex thermal insulation of the combustion shaft to be dispensed with.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments of the invention Procedure possible.

Untersuchungen haben gezeigt, daß bei Wassererhitzern für den Hausgebrauch ein Anteil von 10% Kühlluft am gesamten Abgasmassenstrom optimal ist. Damit wird einerseits eine ausreichende Kühlung des Außenmantels des Verbrennungsschachtes erzielt und andererseits die Abgastemperatur des Wassererhitzers erhöht.Studies have shown that in water heaters for a 10% share of cooling air in the home Exhaust gas mass flow is optimal. On the one hand, this becomes a adequate cooling of the outer jacket of the Combustion shaft achieved and on the other hand the Exhaust gas temperature of the water heater increased.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen schematisch dargestellten Wassererhitzer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Fig. 1 shows a cross section through a schematically illustrated water heater for carrying out the inventive method.

Description of the embodiment

Die Fig. 1 zeigt einen Wassererhitzer 10 mit einem in einem Verbrennungsschacht 14 angeordneten Gasbrenner 12, dessen heiße Verbrennungsgase einen ebenfalls im Verbrennungsschacht 14 angeordneten Wärmeübertrager 16 beaufschlagen. Das im Wärmeübertrager 16 erhitzte Wasser kann zum Beispiel zur Brauchwassererwärmung und/oder zur Bereitstellung von Heizwasser für eine Heizungsanlage genutzt werden. Der Verbrennungsschacht 14 besteht aus einem feuerfesten Innenmantel 18 und einem durch einen Zwischenraum 20 beabstandeten temperaturbeständigen Außenmantel 22. In Strömungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager 16 schließt sich eine Abgasabführung 24 an, mit Hilfe derer Verbrennungsgase nach außen abgeführt werden. Der als Kanal ausgebildete Zwischenraum 20 weist eine Eintrittsöffnung 26 und eine Austrittsöffnung 28 auf, wobei letztere mit der Abgasabführung 24 in Verbindung steht. Fig. 1 shows a water heater 10 with a arranged in a combustion shaft 14 gas burner 12, the hot combustion gases impinge a likewise arranged in the combustion shaft 14 heat exchanger 16. The water heated in the heat exchanger 16 can be used, for example, for heating domestic water and / or for providing heating water for a heating system. The combustion shaft 14 consists of a refractory inner jacket 18 and a temperature-resistant outer jacket 22 spaced apart by a space 20 . In the flow direction behind the heat exchanger 16 there is an exhaust gas discharge 24 , with the aid of which combustion gases are discharged to the outside. The intermediate space 20 designed as a channel has an inlet opening 26 and an outlet opening 28 , the latter being connected to the exhaust gas outlet 24 .

Der nach dem Injektionsprinzip arbeitende Gasbrenner 12 saugt mit der Gaseindüsung Verbrennungsluft, in diesem Fall im Aufstellungsraum des Wassererhitzers 10 befindliche Luft, an. Das Brenngas-Luft-Gemisch wird dann über eine nicht dargestellte Zündeinrichtung gezündet. Die für eine vollständige Verbrennung notwendige Restluft, die sogenannte Sekundärluft, tritt während des Abbrandes durch den Auftrieb, der durch die Flamme erzeugt wird, hinzu. Die dabei entstehenden heißen Verbrennungsgase geben ihre Wärmeenergie durch Wärmeübertragung auf das im Wärmeübertrager 16 fließende Wasser ab. Gleichzeitig wird der Innenmantel 18 des Verbrennungsschachtes 14 erhitzt, der wiederum die aufgenommene Wärme an die im Kanal 20 befindliche Luft abgibt. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Wärmeübertragungsflächen ist darauf geachtet, daß die in Strömungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager 16 in eine Abgasabführung 24 aufsteigenden Verbrennungsgase, im folgenden Abgase 30 genannt, nicht soweit heruntergekühlt werden, daß Abgaskondensat in der Abgasführung 24 entstehen kann. Durch die minimal notwendige Abgastemperatur zur Kondensatvermeidung ist der Wirkungsgrad eines Wassererhitzers begrenzt.The gas burner 12 , which works on the injection principle, sucks in combustion air with the gas injection, in this case air located in the installation space of the water heater 10 . The fuel gas-air mixture is then ignited via an ignition device, not shown. The residual air required for complete combustion, the so-called secondary air, is added during the combustion by the buoyancy that is generated by the flame. The resulting hot combustion gases give up their thermal energy by heat transfer to the water flowing in the heat exchanger 16 . At the same time, the inner jacket 18 of the combustion shaft 14 is heated, which in turn releases the absorbed heat to the air in the duct 20 . By appropriate dimensioning of the heat transfer surfaces, care is taken to ensure that the combustion gases rising in the flow direction behind the heat exchanger 16 into an exhaust gas discharge 24 , hereinafter referred to as exhaust gases 30 , are not cooled down to such an extent that exhaust gas condensate can arise in the exhaust gas duct 24 . The efficiency of a water heater is limited by the minimum necessary exhaust gas temperature to avoid condensate.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird beim Verbrennungsvorgang durch den thermischen Auftrieb der Abgase 30 Raumluft, im folgenden Kühlluft 32 genannt, über die Eintrittsöffnung 26 in den Kanal 20 gesaugt. Der beim Verbrennungsvorgang erhitzte Innenmantel 18 erwärmt die im Kanal 20 aufsteigende Kühlluft 32, die die Wärme durch Konvektion über die Austrittsöffnung 28 in die Abgasabführung 24 transportiert. Beim Eintritt der erwärmten Kühlluft 32 in die Abgasabführung 24 liegt die Temperatur der Kühlluft 32 deutlich über der Temperatur der hinter dem Wärmeübertrager aufsteigenden Abgase 30. Obwohl der Massenstrom der Kühlluft 32 wesentlich kleiner ist als der Abgasmassenstrom erhöht sich insgesamt die Abgastemperatur. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Wirkungsgrad durch eine Vergrößerung der Wärmeübertragerflächen gesteigert werden. Die Abgastemperatur unmittelbar hinter dem Wärmeübertrager 16, die dann kleiner ist als die minimal notwendige Abgastemperatur, wird wieder auf die minimal notwendige Abgastemperatur angehoben, so daß kein Kondensat in der Abgasabführung 24 entstehen kann.With the method according to the invention, ambient air, hereinafter referred to as cooling air 32 , is sucked into the duct 20 through the inlet opening 26 during the combustion process due to the thermal buoyancy of the exhaust gases 30 . The inner jacket 18 heated during the combustion process heats the cooling air 32 rising in the channel 20 , which transports the heat by convection via the outlet opening 28 into the exhaust gas discharge 24 . When the heated cooling air 32 enters the exhaust gas discharge 24 , the temperature of the cooling air 32 lies significantly above the temperature of the exhaust gases 30 rising behind the heat exchanger. Although the mass flow of the cooling air 32 is significantly smaller than the exhaust gas mass flow, the exhaust gas temperature increases overall. The method according to the invention can be used to increase the efficiency by increasing the heat exchanger surfaces. The exhaust gas temperature immediately behind the heat exchanger 16 , which is then lower than the minimum necessary exhaust gas temperature, is raised again to the minimum necessary exhaust gas temperature, so that no condensate can arise in the exhaust gas discharge 24 .

Hinter der Austrittsöffnung 28 des Kanals 20 ist der Außenmantel 22 an seiner Innenwand 34 so ausgestaltet, daß die aufsteigende Kühlluft 32 an einer Teilfläche 36 der Innenwand 34 abgelenkt und in die Mitte der Abgasabführung 24 geleitet wird. Dadurch findet eine Vermischung mit dem Abgasmassenstrom statt.Behind the outlet opening 28 of the channel 20 , the outer jacket 22 is designed on its inner wall 34 such that the rising cooling air 32 is deflected on a partial surface 36 of the inner wall 34 and is directed into the center of the exhaust gas discharge 24 . This causes mixing with the exhaust gas mass flow.

Um den Wirkungsgrad eines Wassererhitzers 10 in der Leistungsklasse um 24 KW mit dem erfindungsgemäßen Verfahren um 1 bis 2% steigern zu können, ist eine Temperaturerhöhung des Abgasmassenstroms von 10 bis 20°C notwendig. Untersuchungen haben gezeigt, daß dabei eine Breite des Kühlluft-Kanals 20 von 1 cm optimal ist. Der Wassererhitzer 10 ist dabei so ausgelegt, daß der Massenstrom der Kühlluft 32 ca. 10% am gesamten Abgasmassenstrom beträgt. Damit wird die Baugröße des Wassererhitzers 10 nicht wesentlich vergrößert.In order to be able to increase the efficiency of a water heater 10 in the power class by 24 KW with the method according to the invention by 1 to 2%, a temperature increase in the exhaust gas mass flow of 10 to 20 ° C. is necessary. Studies have shown that a width of the cooling air duct 20 of 1 cm is optimal. The water heater 10 is designed so that the mass flow of the cooling air 32 is approximately 10% of the total exhaust gas mass flow. So that the size of the water heater 10 is not significantly increased.

Die Zufuhr der Kühlluft kann insbesondere bei Wassererhitzern mit einer langen Abgasabführung 24 auch gebläseunterstützt erfolgen. Bei bereits im Einsatz befindlichen Wassererhitzern ist das nachträgliche Anbringen eines Kühlluftkanals zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Wassererhitzers oder allein zur Vermeidung von Kondensat möglich, indem die minimal notwendige Abgastemperatur durch Zumischung erwärmter Kühlluft angehoben wird. Dadurch wird der thermische Auftrieb in der Abgasabführung 24 verbessert und sichergestellt, daß sich kein Kondensat in der Abgasabführung 24 bilden kann.The supply of cooling air can also be fan-assisted, particularly in the case of water heaters with a long exhaust gas discharge 24 . If water heaters are already in use, it is possible to retrofit a cooling air duct to improve the efficiency of the water heater or simply to avoid condensate by raising the minimum necessary exhaust gas temperature by adding heated cooling air. This improves the thermal buoyancy in the exhaust gas discharge 24 and ensures that no condensate can form in the exhaust gas discharge 24 .

Claims

1. A method for raising the exhaust gas temperature of a water heater with a gas or oil burner, a heat exchanger acted upon by the combustion gases and arranged inside a combustion shaft, and an exhaust gas discharge arranged in the flow direction behind the heat exchanger, cooling air being directed along the combustion shaft during the combustion process, characterized in that that the cooling air (32) is heated to a temperature which is substantially higher than the temperature of fed into the exhaust gas discharge exhaust gases (30) and in that the heated cooling air (32) downstream of the heat exchanger (16) into the exhaust-gas discharge (24 ) is introduced and passed together with the exhaust gases ( 30 ) by raising the exhaust gas temperature through the exhaust gas discharge ( 24 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that the proportion of the mass flow of the cooling air ( 32 ) is approximately 10% of the total exhaust gas mass flow.