Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen mindestens eines Mediums. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um Luft oder um Wasser oder eine beliebige andere Flüssigkeit. Es können beispielsweise auch Luft und eine Flüssigkeit (z. B. Wasser) erwärmt bzw. erhitzt werden.

Im Stand der Technik sind Luftheizgeräte bekannt, die über eine Brennereinheit zum Verbrennen beispielsweise eines Luft-Gas-Gemischs verfügen. Das entstehende Rauchgas überträgt seine thermische Energie über einen Wärmetauscher auf die zu erwärmende (Raum-)Luft. Alternativ wird die Wärme auf eine Flüssigkeit, z. B. Wasser übertragen. Es sind auch Kombinationsgeräte bekannt, die sowohl dem Erwärmen von Luft als auch dem Erhitzen von Wasser dienen. Weiterhin ist es bekannt, dass das Rauchgas zunächst durch ein Flammrohr geführt wird, welches sich innerhalb des Wärmetauschers befindet. Zudem kann dies zu einer verbesserten und schadstoffärmeren Verbrennung führen. Beispiele für Flammrohre lassen sich finden in der DE 21 39 504 C3, der EP 1 681 519 A2, der DE 32 33 321 C2 oder der DE 100 19 890 C2. Die dort beschriebenen Flammrohre sind auf der vom Brenner abgewandten Seite offen. Einen Deckel für die Stirnseite offenbart die DE 10 2006 054 821 A1 oder lässt sich auch der US 2,779,398 A entnehmen.

Ist das Flammrohr von einem Wärmetauscher umgeben, so besteht das Risiko, dass es zu einer ungleichmäßigen Wärmeverteilung mit lokalen Überhitzungen kommt. Dies kann sich ggf. in Abhängigkeit von der Nutzung der Vorrichtung negativ auf die Materialbeständigkeit auswirken. Überdies reduziert die ungleichmäßige Wärmeeinbringung die Effektivität des Wärmetauschers.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen mindestens eines Mediums vorzuschlagen, dessen Flammrohr eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik in Bezug auf die Wärmeverteilung bewirkt.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Erwärmen eines Mediums, mit einer Brennereinheit und einem Flammrohr, wobei die Brennereinheit Rauchgas erzeugt, wobei das Flammrohr einen Rauchgaseingang, eine Längsachse, einen sich entlang der Längsachse erstreckenden Mantel und eine dem Rauchgaseingang gegenüberliegende

BESTÄTIGUNGSKOPIE Stirnseite aufweist, wobei über den Rauchgaseingang das Rauchgas von der Brennereinheit in das Flammrohr gelangt, wobei sich in dem Mantel mehrere Aussparungen befinden, wobei die Aussparungen unterschiedliche Abmessungen aufweisen und/oder asymmetrisch auf dem Mantel verteilt sind, wobei die Längsachse des Flammrohrs in einer Mittelebene liegt, wobei sich durch die Mittelebene eine erste Seite und eine zweite Seite des Mantels ergibt, und wobei Aussparungen auf der ersten Seite kleinere Abmessungen als Aussparungen auf der zweiten Seite aufweisen. Im Mantel und damit an der Seite des Flammrohrs befinden sich Aussparungen, die für eine gleichmäßige Wärmeverteilung bzw. einen passenden Austritt des Rauchgases aus dem Flammrohr in Bezug auf Größe und Position optimiert sind. Ein Zielkriterium der Optimierung ist dabei ein möglichst gleichmäßig verteiltes Strömungsbild. Weiterhin ist eine asymmetrische Verteilung der Aussparungen zumindest im Hinblick auf ihre Abmessungen, also im Hinblick auf ihre Öffnung- oder Durchschnittsflächen gegeben. Auf einer Seite des Mantels befinden sich die größeren und auf der anderen Seite die kleineren Aussparungen.

Es hat sich ergeben, dass das Rauchgas generell einen strömungsgünstig möglichst kurzen Weg nimmt. Daher sind die Aussparungen in einer Ausgestaltung insbesondere derartig ausgeführt und angeordnet, dass ein geometrisch weiterer Weg, ausgehend von Rauchgaseingang, mit größeren Abmessungen und daher mit größeren Öffnungsflächen einhergeht. Die Abmessungen der Aussparungen nehmen somit in von der Brennereinheit abgewandten Richtung zu. Daher haben in dieser Ausgestaltung umgekehrt die Aussparungen, die näher an der Brennereinheit liegen, kleinere Abmessungen und daher kleinere Öffnungsflächen.

In einer Ausgestaltung ist das Flammrohr von einem Wärmetauscher umgeben, sodass die Ausformung und Verteilung der Aussparungen derartig ist, dass das Rauchgas den Wärmetauscher im Wesentlichen gleichmäßig überströmt. Daher sind die Aussparungen in einer Ausgestaltung insbesondere derartig ausgeführt und angeordnet, dass ein geometrisch weiterer Weg, in Richtung Rauchgasaustritt aus dem Wärmetauscher, mit größeren Abmessungen und daher mit größeren Öffnungsflächen einhergeht. Die Ausformung und Verteilung ist weiterhin in einer Ausgestaltung derartig, dass ein Druckverlust entlang des Flammrohrs im Wesentlichen konstant ist. Die Erfindung bezieht sich in einer Ausgestaltung auf ein Brenner-ZWärmetauscher-System (bzw. auf eine Vorrichtung mit einer Brennereinheit und einem Wärmetauscher) mit einem zentrisch angeordneten Brenner und einer einseitigen Abgasabführung.

Das Flammrohr hat in einer Ausgestaltung eine zylindrische Form mit einer kreisförmigen oder elliptischen Grundfläche.

In einer Ausgestaltung ist das Flammrohr der Vorrichtung horizontal angeordnet. Dabei befindet sich die erste Seite mit den kleineren Aussparungen entlang der Erdanziehungskraft oberhalb der zweiten Seite mit den größeren Aussparungen. Das Rauchgas, das somit nach oben aufsteigt, passiert engere Aussparungen als das Rauchgas, das das Flammrohr auf einem tieferen Niveau verlässt.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorrichtung weiterhin einen Rauchgasausgang aufweist, und dass das Rauchgas von dem Flammrohr zu dem Rauchgasausgang gelangt. In einer Ausgestaltung ist der Rauchgasausgang entgegen der Erdanziehung oberhalb des Flammrohrs befindlich. Über den Rauchgasausgang ist insbesondere eine einseitige Abgasführung realisiert. In einer Ausgestaltung befindet sich der Rauchgasausgang entlang einer Längsseite des Flammrohrs bzw. des Wärmetauschers. In einer Ausgestaltung befindet sich der Rauchgasausgang stärker in Richtung der Höhe (relativ zur Längsachse des Flammrohrs) der Brennereinheit als auf der Höhe der Stirnseite des Flammrohrs.

In einer Ausgestaltung befindet sich das Flammrohr horizontal in einem Gehäuse. Das Flammrohr liegt in dieser Ausgestaltung in einem Gehäuse.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass Aussparungen auf einer dem Rauchgasausgang zugewandten Seite des Mantels kleinere Abmessungen als Aussparungen auf einer vom Rauchgasausgang abgewandten Seite haben. Das Rauchgas, das somit einen geometrisch kürzeren Weg vom Innenraum des Flammrohrs zum Rauchgasausgang nimmt, passiert kleinere Aussparungen als der Anteil des Rauchgases, der sich zunächst fort von dem Rauchgasausgang bewegt und daher auch entsprechend weniger Zug in Richtung Ausgang erfährt. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass sich eine Mehrheit der Aussparungen in einem Abschnitt des Mantels befindet, der klein gegenüber einer Gesamtlänge des Mantels ist. In dieser Ausgestaltung sammeln sich die Aussparungen oder zumindest eine Mehrheit der Aussparungen auf einem Abschnitt entlang der Längsachse, der klein gegenüber der Gesamtlänge ist. Der Abschnitt umfasst in einer Ausgestaltung weniger als die halbe Gesamtlänge und hat in einer anderen Ausgestaltung ein Drittel oder ein Viertel der Gesamtlänge.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass sich die Aussparungen in einem Bereich zwischen einem letzten Drittel und einem letzten Viertel des Mantels entlang der Längsachse vor der Stirnseite befinden. In dieser Ausgestaltung befinden sich die Aussparungen (oder zumindest eine Mehrheit davon) in einem von der Brennereinheit abgewandten hinteren Ende des Flammrohrs. Dies hat den Vorteil, dass die Verbrennungsedukte in der Flamme deutlich mehr oder sogar vollständig umgesetzt sind. Dies reduziert die Abgaswerte in Bezug auf Schadstoffe, wie zum Beispiel CO, NOx oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Stirnseite zumindest teilweise oder vollständig geschlossen ist. In dieser Ausgestaltung kann das Rauchgas das Flammrohr nur zu einem geringen Teil - bei einem teilweisen Verschluss - oder überhaupt nicht - bei einem vollständigen Verschluss - durch die Stirnseite verlassen. Dies im Gegensatz zu einem stirnseitig offenen Flammrohr, wie es im Stand der Technik bekannt ist.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Aussparungen im Wesentlichen kreisförmige Löcher oder (längliche) Schlitze sind.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Vorrichtung weiterhin einen Wärmetauscher aufweist, und dass sich das Flammrohr zumindest teilweise in dem Wärmetauscher befindet. Der Wärmetauscher hat dabei je nach Ausgestaltung auf der dem Flammrohr zugewandten Innenseite im Wesentlichen die Grundform eines Zylinders oder Kegels. Je nach Ausgestaltung ist das Flammrohr konzentrisch oder exzentrisch im Wärmetauscher angeordnet.

Der Wärmetauscher hat in einer Ausgestaltung ein im Wesentlichen gleichförmiges Innenprofil, in welchem sich das Flammrohr befindet. Das Flammrohr ist in einer Ausgestaltung mittig im Wärmetauscher angeordnet. Der Rauchgasausgang befindet sich in einer Ausgestaltung auf einer Längsseite des Wärmetauschers.

In einer Ausgestaltung erstreckt sich der Wärmetauscher im Wesentlichen in horizontaler Richtung.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Brennereinheit dem Verbrennen eines Brennstoff- Luft-Gemischs dient. Bei dem Brennstoff handelt es sich beispielsweise um Gas oder um einen passend aufbereiteten flüssigen Brennstoff, z. B. Diesel oder Benzin.

Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematische Darstellung der Vorrichtung und

Fig. 2 eine räumliche Darstellung des Flammrohrs.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Erwärmen von Luft und Wasser. Für diesen Zweck wird in der Brennereinheit 2 ein Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt, wobei der Brennstoff beispielsweise ein Gas ist. Das sich dabei ergebende Rauchgas gelangt über das Flammrohr 3 und die Aussparungen 34, 34' (vgl. Fig. 2) in den Innenraum des Wärmetauschers 4 und von dort zu dem Rauchgasausgang 50, der z. B. mit einem - hier nicht dargestellten - Kamin verbunden ist. Das Flammrohr 3 wird hier vom Rauchgaseingang 30 horizontal vom Rauchgas durchströmt. Somit liegt die Längsachse 31 des Flammrohrs 3 in der Horizontalen. Der Wärmetauscher 4 ist kreiszylindrisch ausgeführt. Die umgebenden Einheiten in Bezug auf das Führen der zu erwärmenden Luft bzw. des Wassers sind für die Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Das Flammrohr 3 ist in der Fig. 2 dargestellt. Es verfügt über einen Mantel 32, der sich entlang der Längsachse 31 erstreckt, und eine Stirnseite 33, die in der dargestellten Variante vollständig geschlossen ist. Das Rauchgas kann somit nur über die Aussparungen 34, 34' im Mantel 32 entweichen. Wie zu erkennen, befinden sich hier die Aussparungen 34, 34' im vom Rauchgaseingang 30 abgewandten bzw. der Stirnseite 33 zugewandten Ende des Flammrohrs 3. Das Rauchgas muss somit über eine längere Strecke das Flammrohr 3 passieren. Hierdurch ist eine vollständigere Umsetzung der Verbrennungsedukte möglich, sodass weniger schädliche Substanzen erzeugt und abgeführt werden.

Die Aussparungen 34, 34' sind in der gezeigten Ausführung als kreisförmige Löcher mit unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt. Durch die horizontale Positionierung des Flammrohrs 3 in der Vorrichtung hat der Mantel 32 des Flammrohrs 3 eine erste 32' (oder obere) Seite und eine zweite (oder untere) Seite 32“. Da sich (vgl. Fig. 1) der Rauchgasausgang 50 oberhalb des Flammrohrs 3 befindet und auch bedingt durch den thermischen Auftrieb, ist der strömungstechnisch kürzere Weg für das Rauchgas in Richtung der oberen Seite 32‘. Auf der oberen Seite 32' befinden sich Aussparungen 34 mit kleineren Abmessungen, sodass sich dort auch kleinere Öffnungsflächen ergeben. Auf der unteren Seite 32" sind die Aussparungen 34' mit größeren Abmessungen angeordnet. Daher wird dort das Rauchgas nach einem längeren Strömungspfad über größere Querschnitte aus dem Flammrohr 3 abgeführt.

Bezugszeichenliste

Vorrichtung Brennereinheit Flammrohr Wärmetauscher Rauchgaseingang Längsachse Mantel ‘, 32“ Seite des Mantels Stirnseite , 34‘ Aussparung Rauchgasausgang