DE69201532T2

DE69201532T2 - Wassererhitzer mit reduzierter NOx-Emission.

Info

Publication number: DE69201532T2
Application number: DE69201532T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Sugahara
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1995-07-13
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: US5347957A; EP0524698B1; DE69201532D1; EP0524698A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wassererhitzer mit reduziertem Ausstoß an Stickoxiden.
Die meisten Wassererhitzer verwenden ein sogenanntes Bunsen-Verbrennungssystem, das eine teilweise vorgemischte Verbrennung mit einem primären Luftverhältnis von 0,1 - 0,7 durchführt, der eine Verbrennung mit Sekundärluft folgt. den Fällen, in denen dieses Verfahren Verwendung findet, beträgt die Menge der erzeugten Stickoxide (hiernach all NOx bezeichnet) etwa 100 - 150 ppm bei einer Korrektur auf 0 % O&sub2; (die gleiche Korrektur findet hiernach Anwendung). In einem solchen Fall besitzen bekannte Ausführungsbeispiele zur Reduzierung des erzeugten NOx ein Verbrennungssystem mit vollständiger Vormischung, ein Flammenkühlsystem unter Verwendung einer Strahlungsstange und ein Abgas- Recyclingsystem.
Obwohl das mit vollständiger Vormischung arbeitende Verbrennungssystem in der Lage ist, das NOx auf weniger als 60 ppm zu reduzieren, indem ein übermäßig hohes Luftverhältnis Verwendung findet, und somit die Temperatur der Flamme abzusenken, besteht ein Problem, daß es erforderlich ist, übermäßig große Luftverhältnis genau zu steuern und eine oszillierende Verbrennung sowie ein Zurückschlagen, die dazu neigen, bei diesem Verfahren aufzutreten, zu verhindern. Dies verursacht einen großen Kostenanstieg für die Hersteller, da diese Gegenmaßnahmen treffen müssen.
Bei dem Flammenkühlverfahren unter Verwendung einer Strahlungsstange muß eine Strahlungsstange in die Flamme so eingesetzt werden, daß die Stange erhitzt wird, bis sie zur Rotglut gebracht ist und Strahlungswärme abgibt. Auf diese Weise wird die Temperatur der Flamme und somit die Erzeugung von NOx reduziert. Der Ausstoß von Kohlenmonoxid (hiernach als CO bezeichnet) wird durch Erhitzen der Strahlungsstange verhindert. Aus diesem Grunde ist es jedoch erforderlich, Keramik oder hitzeresistenten Stahl für die Strahlungsstange zu verwenden. Zusätzlich zu der Tatsache, daß derartige Materialien teuer sind und ihre Haltbarkeit unzureichend ist, gibt es eine Grenze, bis zu der die Strahlung mit diesem Verfahren die Temperatur ab senken und den NOx-Gehalt reduzieren kann. Ferner ist es sehr schwierig, NOx um mehr als 30 % ohne CO-Emission zu reduzieren.
Was das Abgas-Recyclingverfahren anbetrifft, so ist es bekannt, daß die Menge der NOx-Emission auf die Hälfte reduziert werden kann, wenn das Recyclingverhältnis des Abgases 10 - 15 % beträgt. Für die Kapazität von Bunsen-Brennern von herkömmlichen Wassererhitzern ist es jedoch unmöglich, das Abgas mit einem solch hohen Abgasverhältnis von 10 - 15 % zu recyclen. Dies kann sonst zu einer gelifteten Flamme führen. Daher sind unter den gegenwärtigen Bedingungen solche herkömmlichen Wassererhitzer in der Lage, über dieses Verfahren das NOx nur auf etwa 90 ppm zu reduzieren. Des weiteren ist es erforderlich, Maßnahmen durchzuführen, um zu verhindern, daß das Abgas Korrosion in den zum Recyclen des Abgases verwendeten Leitungen, in den Gebläsen und Brennereinheiten bewirkt. Solche Sondermaßnahmen führen zu Kostensteigerungen. Wegen der vorstehend aufgezeigten Gründe besteht ein großer Bedarf nach der Entwicklung eines Wassererhitzers, der in der Lage ist, NOx stark zu reduzieren und den Ausstoß an CO zu beschränken, während eine relativ einfache Konstruktion beibehalten und Kostensteigerungen im größtmöglichen Maße vermieden werden.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung einen Wassererhitzer mit reduziertem Ausstoß an Stickoxiden, der einen teilbelüfteten Brenner aufweist, welcher eine laminare Flamme aus vorgemischtem Verbrennungsgas über eine Vielzahl von seriell ausgerichteten Flammenöffnungen im Brenner erzeugt, mit einer Vielzahl von Wasserleitungen, die abstromseitig des teilbelüfteten Brenners angeordnet und mit einem Wärmetauscher des Wassererhitzers in Verbindung stehen, wobei während des Betriebes durch Wärmeabsorption durch die Wasserleitungen Wärme von der laminaren Flamme abgezogen und auf diese Weise die Temperatur der laminaren Flamme im Bereich der höchsten Flainmentemperatur abstromseitig der Wasserleitungen abgesenkt wird, wie dies aus der FR-A-2647192 bekannt ist.
In der FR-A-2647192 werden eine Konstruktion, ein Steuerverfahren u.ä. zur Anwendung des Flammenkühlverfahrens bei einem Boiler, einem Klimagerät, einer Heißwasserzuführvorrichtung u.ä. beschrieben. Die Lage der Wasserleitungen in den Flammen, die für die NOx-Reduzierung wirksam sind, ist hierbei jedoch nicht speziell beschrieben.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Wassererhitzer ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserleitungen derart angeordnet sind, daß ein Abstand "H" zwischen den Wasserleitungen und der Oberfläche der Brenneröffnungen vorhanden ist, der durch die Formel
0 ≤ H ≤ 5 W
festgelegt wird, wobei "W" die Breite einer Brenneröffnungsfläche ist, so daß während des Betriebes die Wasserleitungen zwischen den Brenneröffnungen und einem Bereich der höchsten Flammentemperatur in der abstromseitig der Brenneröffnungen gebildeten laminaren Flamme angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist eine Vielzahl von NOx-reduzierenden Wasserleitungen in einem geeigneten Positionsbereich angeordnet, der sich zwischen dem Bereich, in dem die Temperatur der abstromseitig der Brenneröffnung gebildeten laminaren Flamme am höchsten ist, und der Brenneröffnung befindet, um Wärme von der laminaren Flamme durch Wärmeabsorption der Vielzahl der NOx-reduzierenden Wasserleitungen zu entfernen und die Temperatur der Flammen im Bereich der höchsten Flammentemperatur abstromseitig der NOx-reduzierenden Wasserleitungen abzusenken und damit den Ausstoß an NOx zu reduzieren.
Von den Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wassererhitzers;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Wassererhitzers;
Figur 3 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungform eines Wassererhitzers;
Figur 4 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Wassererhitzers;
Figur 5 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Wassererhitzers;
Figur 6 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Wassererhitzers;
Figur 7 eine perspektivische Ansicht, die die Lagebeziehung zwischen einem mit einem Pilotelement versehenen Brenner und einer NOx-reduzieren den Wasserleitung zeigt;
Figur 8 eine Schnittansicht eines Hauptteiles zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen einem mit einem Pilotelement versehenen Brenner und einer NOx-reduzierenden Wasserleitung;
Figur 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen einem Brenner mit einem Pilotelement und einer NOx-reduzierenden Wasserleitung;
Figur 10 eine Schnittansicht eines Hauptteiles einer weiteren Ausführungsform zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen einem Brenner mit einem Pilotelement und einer NOx-reduzieren den Wasserleitung;
Figur 11 ein Diagramm betreffend die Emission von NOx in Fällen, bei denen einen Brenner mit einem Pilotelement und einer einzigen NOx-reduzierenden Wasserleitung versehen ist;
Figur 12 ein Diagramm betreffend die Emission von NOx in Fällen, bei denen ein Brenner mit einem Pilotelement und einem Paar von NOx-reduzierenden Wasserleitungen versehen ist;
Figur 13 eine perspektivische Ansicht der Lagebeziehung zwischen einer NOx-reduzierenden Wasserleitung und einem Brenner, der nicht mit einem Pilotelement versehen ist;
Figur 14 eine Schnittansicht eines Hauptteiles zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen einer NOx-reduzierenden Wasserleitung und einem Brenner, der nicht mit einem Pilotelement versehen ist;
Figur 15 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform zur Darstellung der Lagebeziehung zwischen einer NOx-reduzierenden Wasserleitung und einem Brenner, der nicht mit einem Pilotelement versehen ist;
Figur 16 eine Schnittansicht eines Hauptteiles einer anderen Ausführungsform zur Verdeutlichung der Lagebeziehung zwischen einer NOx-reduzie renden Wasserleitung und einem Brenner, der nicht mit einem Pilotelement versehen ist;
Figur 17 ein Diagramm betreffend den Ausstoß von NOx in Fällen, in denen ein Brenner mit einer einzigen NOx-reduzierenden Wasserleitung und mit keinem Pilotelement versehen ist;
Figur 18 ein Diagramm betreffend den Ausstoß von NOx in Fällen, in denen ein Brenner mit einem Paar von NOx-reduzierenden Wasserleitungen und keinem Pilotelement versehen ist;
Figur 19 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Wassererhitzers; und
Figur 20 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Wassererhitzers.
In den Figuren sind mit 1, 8 und 9 ein Wassererhitzer, eine Kaltwasserleitung und eine Heißwasserleitung bezeichnet. Mit 2 ist ein Brenner bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben, gibt es zwei Arten von Brennern 2, d.h. einen mit einem Pilotelement (Zündelement) 4 und einen anderen ohne ein Pilotelement (Zündelement) 4. Mit 10 ist eine Vielzahl von NOx-reduzierenden Wasserleitungen zwischen einem Wassereinführungsabschnitt 13 und einem Wasseraufnahmeabschnitt 14 (siehe Figur 2) bezeichnet. Die Leitungen besitzen eine solche Form, daß erhitztes Wasser nach dem Prozeß einer Wärmeabsorption zur Kaltwasserleitung 8 oder zur Heißwasserleitung 9 zurückgeführt wird. Es gibt verschiedene Ausführungsformen für den Wassereinführungsabschnitt 13 und den Wasseraufnahmeabschnitt 14. Eine derartige Ausführungsform ist in Figur 2 gezeigt, bei der ein Teil eines Wasserstromes in der Kaltwasserleitung 8 in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 eingeführt wird und das Wasser danach zur Heißwasserleitung 9 herausgeführt wird. Eine andere Ausführungsform ist in Figur 3 gezeigt, bei der der gesamte Wasserstrom in der Kaltwasserleitung 8 in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 eingeführt wird und danach das erhitzte Wasser in die Kaltwasserleitung 8 zurückgeführt wird. Eine weitere Ausführungsform ist in Figur 4 gezeigt, bei der ein Teil des Wasserstromes in der Kaltwasserleitung 8 in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 eingeführt und das erhitzte Wasser dann in die Kaltwasserleitung 8 zurückgeführt wird. Bei noch einer weiteren Ausführungsform gemäß Figur 5 wird der gesamte Heißwasserstrom in der Heißwasserleitung 9 in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 eingeführt, wonach das weiter erhitzte Heißwasser in die Heißwasserleitung 9 zurückgeführt wird. Bei einer weiteren Ausführungform gemäß Figur 6 wird ein Teil des Heißwasserstromes in der Heißwasserleitung 9 in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 eingeführt, und das weiter erhitzte Heißwasser wird in die Heißwasserleitung 9 zurückgeführt. Die Figuren zeigen Beispiele von Ausführungsformen lediglich zu Erläuterungszwecken. Ein Benutzer kann eine gewünschte Ausführungsform nach Bedarf auswählen.
Die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 sind zusammen mit dem Wassereinführungsabschnitt 13 und dem Wasseraufnahmeabschnitt 14, die in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sind, parallel zueinander über der Fläche von Brenneröffnungen 3 angeordnet. Die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 müssen innerhalb eines geeigneten Positionsbereiches angeordnet sein, wobei die Formel 0 < H ≤ 5W gilt.
Zusätzlich zur Reduzierung des Ausstoßes von NOx ist es auch möglich, den CO-Ausstoß einzuschränken, indem der Durchmesser der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 derart festgelegt wird, daß die Beziehung d ≤ W gilt, wenn die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 im geeigneten Positionsbereich angeordnet sind. Bei den vorstehend aufgeführten Formeln bedeuten die Bezeichnungen "H", "W" und "d" der Abstand zwischen den NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 und der Oberfläche der Brenneröffnungen, die Breite der Fläche einer Brenneröffnung (einschließlich der Breite eines Pilotelementes (Zündelementes), wenn eines vorhanden und den Durchmesser einer NOx-reduzierenden Wasserleitung.
Die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10, die unmittelbar über den Brenneröffnungen 3 und parallel zum Brenner angeordnet sind, können eine einzige Leitung oder ein Leitungspaar für jeden Brenner umfassen, wobei der Abstand S zwischen dem Leitungspaar vorhanden ist. Im letztgenannten Fall sollte S in einem Bereich von 0 < S ≤ W liegen. Da die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 parallel zu jedem Brenner über diesem angeordnet sind, wird Wärme durch die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 auf wirksame Weise ausgetauscht.
Im Falle der Figur 2, wenn Wasser in einen Wassererhitzer 1 eingeführt wird, strömt ein Teil des Wassers von der Kaltwasserleitung 8 in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10, wo es Wärme absorbiert. Dann wird das erhitzte Wasser zur Außenseite des Wassererhitzers durch die Heißwasserleitung 9 geführt. Zu diesem Zeitpunkt ist bereits vorgemischte Luft in den Brenner 2 mit einem überschüssigen Luftverhältnis von 0,1 - 0,7 eingeführt und eine Flamme 6 an der Brenneröffnung 3 erzeugt worden. Die Hitze der Flamme 6 wird durch das durch die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 strömende Wasser absorbiert. Auf diese Weise wird die im Bereich 7 der höchsten Flammentemperatur abstromseitig der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 erzeugte Temperatur wirksam reduziert. In diesem Fall sind die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 in dem geeigneten Positionsbereich 0 < H ≤ 5W angeordnet. Falls H geringer ist als 0, entstehen Probleme, wie ein Flammenliften und eine unzureichende Wärmeabsorption aufgrund der Tatsache, daß die Verbrennung an der Stelle, an der der Wert von H zu klein ist, keine ausreichende Wärme erzeugt. Als Ergebnis wird die Temperatur der Flamme abstromseitig der NOx reduzierenden Wasserleitungen 10 nicht ausreichend erniedrigt, und der NOx-Reduziereffekt ist gering. Obwohl es möglich ist, die Menge der Wärmeabsorption durch Vergrößerung des Wertes von H zu erhöhen, so daß sie größer ist als 5W, wenn ein großer Wert für "H" verwendet wird, hat die Temperatur des Verbrennungsgases, bevor die Flamme die NOx-reduzierende Wasserleitung erreicht, bereits eine Temperatur erreicht, die ausreicht, um den Ausstoß von NOx auf der aufstromseitigen Seite zu erhöhen. Daher ist es mit einem übermäßig hohen "H" unmöglich, NOx um ein großes Ausmaß zu reduzieren.
Indem man den Durchmesser (d) der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10, die in dem geeigneten Bereich angeordnet sind, kürzer macht als die Breite (W) der Fläche der Brenneröffnung, setzt sich die Verbrennung abstromseitig von den NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 stetig fort, so daß der Ausstoß von CO und von NOx eingeschränkt wird. Des weiteren ist die Verbrennung bei dieser Ausführungsform nahezu genauso ruhig wie in dem Fall, in dem keine NOx- reduzierenden Wasserleitungen 10 angeordnet sind. In dem Fall, in dem ein Paar von NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 unmittelbar über den Brenneröffnungen 3 eines jeden Brenners 2 angeordnet ist, wobei der Abstand S zwischen dem Paar vorhanden ist, wird eine laminaren Flamme in gutem Zustand erhalten, und die Wärmeabsorption von der laminaren Flamme durch die NOx-reduzierenden Leitungen steigt an. Daher wird auf wirksamere Weise eine Verbrennung mit niedriger Temperatur erhalten.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird das in den NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 zur Reduzierung von NOx eingesetzte Wasser durch Wärmeabsorption von der laminaren Flamme erhitzt und zur Kaltwasserleitung 8 oder Heißwasserleitung 9 zurückgeführt, um zur Außenseite des Wassererhitzers geführt zu werden. Somit fällt der thermische Wirkungsgrad überhaupt nicht ab.
In den Figuren 1 bis 20 sind mit 5 und 19 eine Pilotöffnung (Zündöffnung) und ein Wärmetauscher bezeichnet. Figur 11 zeigt eine Ausführungsform, bei der jeder Brenner 2, der ein Pilotelement (Zündelement) 4 aufweist, mit einer einzigen NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 versehen ist. Aus Figur 11 wird deutlichl daß dann, wenn H innerhalb des Bereiches von 0,3 W ≤ H ≤ 5W liegt, der Ausstoß von NOx beträchtlich geringer ist als bei einem herkömmlichen Wassererhitzer. Solange wie d = W ist, sollte in diesem Fall kein Problem auftreten, da der Ausstoß an CO in der vorstehend beschriebenen Weise eingeschränkt wird. Wenn d größer ist als W, tritt jedoch das Problem des Flammenliftens auf, so daß daher die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung nicht erreicht wird.
In der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben zeigt Figur 12 eine Ausführungsform, bei der jeder Brenner 2 mit einem Pilotelement (Zündelement) 4 mit einem Paar von NOx- reduzierenden Wasserleitungen 10 versehen ist, die seitlich parallel zueinander und mit einem Abstand S voneinander angeordnet sind. Aus Figur 12 geht hervor, daß dann, wenn H innerhalb des Bereiches von 0,5 W ≤ H ≤ 5W liegt, der Ausstoß an NOx beträchtlich geringer ist als der eines herkömmlich ausgebildeten Wassererhitzers. Falls jedoch H gleich 0 sein sollte, tritt das Problem des Flammenliftens auf. Solange wie d = ½ W ist, wird der Ausstoß an CO eingeschränkt, wie vorstehend beschrieben. Wenn d größer ist als W, tritt jedoch das Problem des Flammenliftens auf, und die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung wird daher nicht erreicht.
Die Figuren 13 bis 16 zeigen Ausführungsformen, bei denen der Brenner 2 kein Pilotelement (Zündelement) 4 besitzt. Bei den in den Figuren 13 und 14 gezeigten Ausführungsformen ist jeder Brenner 2 mit einer einzigen NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 versehen, während der Brenner 2 der in den Figuren 15 und 16 gezeigten Ausführungsformen ein Paar von NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 aufweist. Aus den Figuren 17 und 18 geht hervor, daß dann, wenn H innerhalb des Bereiches 0,5 W ≤ H ≤ 5W liegt, der Ausstoß an NOx beträchtlich geringer ist als der eines herkömmlichen Wassererhitzers. Solange in diesem Fall d = W (im Falle einer einzigen NOx-reduzierenden Leitung) oder d = W/2 (im Falle eines Paares von NOx-reduzierenden Leitungen) ist, dürfte kein CO-Problem auftreten, da der Ausstoß an CO eingeschränkt wird, wie vorstehend beschrieben. Wenn d größer ist als W, tritt jedoch das Problem des Flammenliftens auf, und die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung wird daher nicht erreicht. Wie vorstehend erwähnt, ist es zur wirksamen Reduzierung von NOx erforderlich, die NOx-reduzierende Wasserleitung 10 an einer geeigneten Stelle in der Flamme anzuordnen.
In einem Erhitzer 1, der eine NOx-reduzierende Wasserleitung 10 aufweist, bei der eine Kaltwasserleitung 8 den gleichen Durchmesser besitzt wie eine Heißwasserleitung 9, ist es schwierig, eine Vielzahl von NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 in enger Nachbarschaft und parallel zueinander anzuordnen. Es besteht daher das Problem, daß es nicht möglich ist, die NOx-reduzierende Wasserleitung 10 an einer geeigneten Stelle in der Flamme 6 des Wassererhitzers anzuordnen.
Wenn des weiteren der Abstand zwischen benachbarten NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10, die in der Flamme 6 angeordnet sind, gering ist, ist es schwierig, eine Biegung mit einem kleinen Radius herzustellen. Wenn des weiteren der Durchsatz in der NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 größer ist, wenn deren Durchmesser größer ist, kann ein Anteil der Oberflächentemperatur der NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 geringer werden als die Taupunkttemperatur des Verbrennungsgases. Dann tritt aufgrund der Kondensation des Verbrennungsgases ein Tauen an der Oberfläche der NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 auf, wodurch Korrosion der NOx- reduzierenden Wasserleitungen 10 und schlechte Verbrennungseigenschaften entstehen. Wenn die Kaltwasserleitung 8 oder die Heißwasserleitung 9 in das Verbrennungsgas eingesetzt wird, tritt das Problem auf, daß aufgrund eines größeren Durchmessers der Kaltwasserleitung 8 oder Heißwasserleitung 9 die einheitliche Flammenlinie des Verbrennungsgases gestört wird und dadurch Verbrennungsgeräusche intensiviert werden.
Um die vorstehend aufgezeigten Probleme zu lösen, ist an einer Seite über dem Brenner 2 ein Wasserverteilerrohr 11 angeordnet, während auf der anderen Seite über dem Brenner ein Wassersammelrohr 12 angeordnet ist. Sowohl das Wasserverteilerrohr 11 als auch das Wassersammelrohr 12 sind an eine Vielzahl von NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 angeschlossen, die dazwischen gelagert sind. Der Außendurchmesser und der Innendurchmesser einer jeden NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 soll kleiner sein als der der Kaltwasserleitung 8 und der Heißwasserleitung 9.
Die Kaltwasserleitung 8 umfasst einen Kaltwassereinlaß 17, während die Heißwasserleitung 9 einen Heißwasserauslaß 18 aufweist.
Das in das Wasserverteilerrohr 11 aus der Richtung eines Pfeiles eingeführte kalte oder heiße Wasser wird zum Wassersammelrohr 12 geführt, während es Verbrennungswärme durch die Vielzahl der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 absorbiert.
Wie vorstehend beschrieben, sind der Außen- und Innendurchmesser einer jeden NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 kleiner als der der Kaltwasserleitung 8 und der der Heißwasserleitung 9. Da ferner die Wärme des Verbrennungsgases durch die Vielzahl der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10, die voneinander getrennt sind, absorbiert wird, kann die Oberflächentemperatur der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 in bezug auf eine Kondensation in einem besseren Zustand gehalten werden. Auf diese Weise können diverse Probleme, die aus einer solchen Kondensation resultieren, vermieden werden
Da ferner die Wassereinführrichtung in das Wasserverteilerrohr 11 entgegengesetzt zur Wasserzuführrichtung in das Wassersammelrohr 12 ist, wie in den Figuren 2 - 6, 19 und 20 gezeigt, strömt das kalte oder heiße Wasser gleichmäßig in sämtlichen NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10. Unter diesen Umständen verhindert die vorliegende Vorrichtung nicht nur auf wirksamere Weise eine Kondensation, sondern verhindert auch ein Sieden in den NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10, wenn der Durchsatz gering ist. Trotzdem kann bei dieser Konstruktion der Vorrichtung die Wassereinführrichtung in das Wasserverteilungsrohr 11 mit der Wasserzuführrichtung in das Wassersammelrohr 12 übereinstimmen.
Vorzugsweise steht ein Wassereinführabschnitt 13 mit der Heißwasserleitung 9 in Verbindung, da die Oberflächentemperatur der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 höher wird, so daß eine Kondensation auf wirksame Weise verhindert werden kann. Gemäß den Figuren 5 und 6 stehen sowohl der Wassereinführabschnitt 13 als auch der Wasseraufnahmeabschnitt 14 mit der Heißwasserleitung 9 in Verbindung, während gemäß den Figuren 3 und 4 beide mit der Kaltwasserleitung 8 in Verbindung stehen. Wie des weiteren die Figuren 4 und 6 zeigen, kann ein Teil des kalten oder heißen Wassers in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 eingeführt werden. Wie in Figur 2 gezeigt, kann ein Wassereinführabschnitt 13 mit der Kaltwasserleitung 8 in Verbindung stehen, während ein Wasseraufnahmeabschnitt 14 mit der Heißwasserleitung 9 in Verbindung stehen kann.
Wie die Figuren 19 und 20 zeigen, umfaßt ein Wassererhitzer 1 ein Wassermengensteuerventil 15. Wenn der Durchsatz groß ist, wird das Steuerventil 5 durch ein Signal von einem Wasserdurchflußsensor 16 geöffnet. Wenn der Durchsatz gering ist, wird das Ventil geschlossen. Auf diese Weise wird es durch geeignete Steuerung des in die NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 einzuführenden Wasserdurchsatzes möglich, das Abfallen der Oberflächentemperatur der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 zu verhindern. Des weiteren verhindert das Steuerventil 15 ein Sieden in den NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10, wenn der Durchsatz gering ist. Wenn der Druckverlust des Wassers in den NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 größer wird, kann das Steuerventil 15 darüber hinaus eine geeignete Einstellung durchführen, um einen geeigneten Wasserdurchsatz in den NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 aufrechtzuerhalten.
Wie die Figuren 7, 9, 13 und 15 zeigen, ist die Vielzahl der NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 parallel über einer Vielzahl von teilbelüfteten Brennern 2 angeordnet. Diese Austührungen zeigen, wie die Vielzahl der NOx- reduzierenden Wasserleitungen 10 in einer geeigneten Lage in der Flamme 6 angeordnet ist. Da der Abstand zwischen den benachbarten NOx-reduzierenden Wasserleitungen 10 gering ist, ist es normalerweise schwierig, eine Biegung mit einem geringen Radius herzustellen. Der Bedarf nach einer derartigen Biegung entfällt jedoch, da beide Enden einer jeden NOx-reduzierenden Wasserleitung 10 an das Wasserverteilerrohr 11 und das Wassersammelrohr angeschlossen sind. Es ist daher einfach, ein derartiges System herzustellen.
Wie vorstehend erläutert, stehen das Wasserverteilerrohr und das Wassersammelrohr, die über dem Brenner in der Mitte eines Strömungskanales vom Kaltwassereinlaß zum Heißwasserauslaß angeordnet sind, mit der Vielzahl der NOx- reduzierenden Wasserleitungen in Verbindung, von denen jede kleiner ist als der Außen- und Innendurchmesser der Kaltwasserleitung und der Heißwasserleitung. Folglich kann die Wärme des Verbrennungsgases vom Brenner durch die Vielzahl der NOx-reduzierenden Wasserleitungen, die in einer geeigneten Lage in der Flamme angeordnet sind, wirksam absorbiert werden, um auf wirksame Weise den NOx-Ausstoß zu reduzieren. Dieser Vorteil ist äußerst geeignet für einen Wassererhitzer, der eine hohe Verbrennungslast und eine große Zahl von teilbelüfteten Brennern aufweist.
Die Vorteile und Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend zusammengefaßt.
Da die Vielzahl der NOx-reduzierenden Wasserleitungen sowohl an das Wasserverteilerrohr als auch an das Wassersammelrohr angeschlossen ist, stellt der kleine Abstand zwischen benachbarten NOx-reduzierenden Wasserleitungen kein Problem dar.
Die Oberflächentemperatur einer jeden NOx-reduzierenden Wasserleitung wird in bezug auf die Kondensation bei Taupunktunterschreitung in einem besseren Zustand gehalten, so daß mit der vorliegenden Vorrichtung das Entstehen von Kondensation, einer Korrosion der NOx-reduzierenden Wasserleitungen und einer schlechten Verbrennung o.ä. verhindert werden kann.
Da darüber hinaus der Außen- und Innendurchmesser einer jeden NOx-reduzierenden Wasserleitung geringer ist als der der Kaltwasserleitung und der der Heißwasserleitung, ist es möglich, Verbrennungsgeräusche zu verhindern, die durch Regellosigkeit des Verbrennungsgasstromes entstehen.
Da des weiteren der Wasserdurchsatz sämtlicher NOx-reduzierender Wasserleitungen bei der vorliegenden Vorrichtung immer konstant gehalten wird, kann sowohl das Entstehen von Kondensation als auch eines Wassersiedephänomens in den NOx-reduzierenden Wasserleitungen verhindert werden, wenn der Durchsatz gering ist.
Da das Wasser, das die Vielzahl der NOx-reduzierenden Wasserleitungen passiert hat, als Heißwasser verwendet werden kann, findet überhaupt keine Reduzierung des thermischen Wirkungsgrades statt.
Da die NOx-reduzierenden Leitungen wärmeabsorbierende Wasserleitungen darstellen, werden sie durch die Verbrennungswärme nicht beschädigt, und ihre Haltbarkeit kann stark verbessert werden.
Der Wassererhitzer gemäß der vorliegenden Erfindung kann für eine Heißwasserversorgungsvorrichtung verwendet werden, die heißes Wasser direkt von ihrem Heißwasserauslaß als Badewasser etc. zuführt. Sie kann ferner als Raumerhitzer eingesetzt werden, indem nur die durch die Zirkulation des heißen Wassers erzeugte Wärme ausgenutzt wird.

Claims

1. Wassererhitzer (1) mit reduziertem Ausstoß an Stickoxiden, der einen teilbelüfteten Brenner (2) aufweist, welcher eine laminare Flamme aus teilweise vorgemischtem Verbrennungsgas über einer Vielzahl von seriell ausgerichteten Öffnungen im Brenner erzeugt, mit einer Vielzahl von Wasserleitungen (10), die abstromseitig des teilbelüfteten Brenners (2) angeordnet und über Kalt- und Heißwasserleitungen (8, 9) mit einem Wärmetauscher (19) des Wassererhitzers in Verbindung stehen,

wobei während des Betriebes durch Wärmeabsorption durch die Wasserleitungen (10) Wärme von der laminaren Flamme abgezogen und auf diese Weise die Temperatur der laminaren Flamme im Bereich der höchsten Flammentemperatur abstromseitig der Wasserleitungen (10) abgesenkt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserleitungen (10) derart angeordnet sind, daß ein Abstand "H" zwischen den Wasserleitungen (10) und der Oberfläche der Brenneröffnungen vorhanden ist, der durch die Formel

0 < H ≤ 5W

festgelegt wird, wobei "W" die Breite einer Brenneröffnungsfläche ist, so daß während des Betriebes die Wasserleitungen zwischen den Brenneröffnungen und einem Bereich der höchsten Flammentemperatur in der abstromseitig der Brenneröffnung gebildeten laminaren Flamme angeordnet sind.

52. Wassererhitzer nach Anspruch 1, bei dem ein Wassereinführabschnitt (13) derart ausgebildet ist, daß ein Teil des Wasserstromes in der Kaltwasserleitung (8) in die Vielzahl der NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) eingeführt und dann von dort zur Heißwasserleitung (9) geführt wird.

3. Wassererhitzer nach Anspruch 1, bei dem ein Wassereinführabschnitt (13) derart ausgebildet ist, daß das gesamte in der Kaltwasserleitung (8) fließende Wasser in die Vielzahl der NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) eingeführt und dann von dort zur Kaltwasserleitung (8) zurückgeführt wird.

4. Wassererhitzer nach Anspruch 1, bei dem ein Wassereinführabschnitt (13) derart ausgebildet ist, daß ein Teil des Wasserstromes in der Kaltwasserleitung (8) in die Vielzahl der NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) eingeführt und dann von dort zur Kaltwasserleitung (8) zurückgeführt wird.

5. Wassererhitzer nach Anspruch 1, bei dem ein Wassereinführabschnitt (13) derart ausgebildet ist, daß das gesamte in einer Heißwasserleitung (9) fließende Wasser in die Vielzahl der NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) eingeführt und dann von dort zur Heißwasserleitung (9) zurückgeführt wird.

6. Wassererhitzer nach Anspruch 1, bei dem ein Wassereinführabschnitt (13) derart ausgebildet ist, daß ein Teil des Wasserstromes in einer Heißwasserleitung (9) in die Vielzahl der NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) eingeführt und dann von dort zur Heißwasserleitung (9) zurückgeführt wird.

7. Wassererhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) einen Durchmesser "d" besitzen, der auf den Bereich beschränkt ist, der durch die Formel

d ≤ W

wiedergegeben wird, so daß der Ausstoß an Stickoxiden reduziert und zur gleichen Zeit der Ausstoß an Kohlenmonoxid reduziert wird.

8. Wassererhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der teilbelüftete Brenner Brenner (2) besitzt, die jeweils mit einer einzigen NOx reduzierenden Wasserleitung (10) versehen sind, die unmittelbar über den Brenneröffnungsflächen des teilbelüfteten Brenners angeordnet ist.

9. Wassererhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, bei dem

der teilbelüftete Brenner Brenner (2) aufweist, die jeweils mit einem Paar von NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) versehen sind, die unmittelbar über der Fläche der Öffnungen des Brenners angeordnet sind, so daß sie seitlich parallel zueinander angeordnet sind und zwischen sich einen Raum mit der Distanz "S" bilden; und

diese Distanz in einem Bereich liegt, der durch die Formel

0 < S ≤ W

festgelegt wird.

10. Wassererhitzer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Außen- und Innendurchmesser einer jeden der Vielzahl der NOx reduzierenden Wasserleitungen (10) kleiner sind als die einer Kaltwasserleitung und einer Heißwasserleitung, die mit den NOx reduzierenden Wasserleitungen über Wassersammel- und Wasserverteilerrohre (11, 12) und mit dem Wärmetauscher (19) in Verbindung stehen.